(PhysOrg.com) -- De opmerkelijke eigenschappen van grafeen en teflon zijn gecombineerd in een nieuw materiaal door de winnaars van de Nobelprijs voor natuurkunde van dit jaar.

Kostya Novoselov en Andre Geim, werkzaam aan de Universiteit van Manchester, VK, eerste geïsoleerde grafeen in 2004. Het was een lastige taak, zoals je zou verwachten als een Nobelprijs een van de beloningen is, zelfs als het zou gaan om het gebruik van eenvoudig plakband om oppervlakken laag voor laag af te pellen. Ze vonden grafeen de dunste en sterkste vorm van koolstof, en dat het warmte beter kan geleiden dan enig ander bekend materiaal. Als geleider van elektriciteit, het presteert net zo goed als koper. Hun meest recente inspanningen hebben geleid tot een nieuw afgeleid materiaal dat net zo sterk en zelfs stabieler is dan het originele grafeen, maar dat geleidt helemaal geen elektriciteit:het zogenaamde fluorograaf.

Grafeen zelf is een enkele atomaire laag van het materiaal grafiet, vaak gevonden in potloden. Op moleculair niveau, het heeft een platte honingraatstructuur van verbindende zeshoeken met koolstofatomen op de hoekpunten. Wolken van elektronen verspreiden zich over de boven- en onderkant, daarom geleidt het materiaal elektriciteit zo goed.

De huidige prestatie van de Manchester-groep, nauw samenwerken met internationale medewerkers, is om bij elk koolstofatoom een ​​fluoratoom te plaatsen, waardoor de elektronenwolk wordt vernietigd en wordt voorkomen dat elektriciteit onder normale omstandigheden stroomt, maar zonder afbreuk te doen aan de structurele integriteit van het koolstofraamwerk. In eerder werk, ze hadden waterstofatomen toegevoegd in plaats van fluor, maar vond het resulterende materiaal onstabiel bij hoge temperaturen.

De laatste doorbraak wordt deze week gepubliceerd in het tijdschrift Klein . Rahul Raveendran-Nair is een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Manchester en verantwoordelijk voor de publicatie. Hij beschrijft fluorograaf als "de dunst mogelijke isolator, gemaakt door fluoratomen aan elk van de koolstofatomen in grafeen te hechten. Het is het eerste stoichiometrische chemische derivaat van grafeen en het is een halfgeleider met een brede opening. Fluorographeen is een mechanisch sterke en chemisch en thermisch stabiele verbinding. Eigenschappen van dit nieuwe materiaal lijken erg op Teflon en we noemen dit materiaal 2D Teflon.”

Het ontwikkelen van een geschikte methode om deze 2D Teflon te maken was niet eenvoudig. “Fluor is een zeer reactief element, en het reageert met bijna alles. De grote uitdaging was dus om grafeen volledig te fluoreren zonder het grafeen en de ondersteunende substraten te beschadigen. Onze fluorering van enkellaagse grafeenmembranen op chemisch inert draagrooster en bulkgrafeenpapier bij verhoogde temperatuur lost dit technische probleem op, ” legt Raveendran-Nair uit.

De auteurs voorzien dat fluorograaf zal worden gebruikt in elektronica, maar erken dat “voor realistische elektronische toepassingen de elektronische kwaliteit moet worden verbeterd. We hopen dat dit op zeer korte termijn kan worden gerealiseerd. Enkele mogelijke elektronische toepassingen van fluorograaf zijn het gebruik als tunnelbarrière en als hoogwaardig isolator of barrièremateriaal voor organische elektronica.” Ook andere toepassingsgebieden zijn mogelijk. Bijvoorbeeld, als een wide-gap halfgeleider die volledig transparant is voor zichtbaar licht, fluorographen zou heel goed kunnen worden gebruikt in LED's (light-emitting diodes) en displays.

De Manchester-groep was niet de enige die erbij betrokken was, en medewerkers uit China (Shenyang National Laboratory for Materials Science), Nederland (Radboud Universiteit Nijmegen), Polen (Instituut voor elektronische materiaaltechnologie), en Rusland (Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry) voegden hun expertise toe. Volgens Raveendran-Nair, zo'n groot team hielp bij het uitvoeren van een grondig onderzoek naar fluorograaf; “We hebben allemaal heel hard gewerkt om dit project tot een succes te maken. We hebben een grote verscheidenheid aan karakteriseringstechnieken en zeer gedetailleerde studies gebruikt om de eigenschappen van dit nieuwe materiaal te begrijpen."

In de loop van het project werden de leiders benoemd tot Nobelprijswinnaars, maar blijkbaar is het leven in de groep niet veel veranderd. “Zelfs in hun nieuwe drukke leven werken beide hoogleraren nog steeds heel nauw samen met iedereen in de groep en zijn ze zeer betrokken bij het dagelijkse onderzoek”, zegt Raveendran-Nair. “Onder hen werken is een grote inspiratiebron. Het is zowel een dankbare als een plezierige plek om onderzoek te doen.”