(PhysOrg.com) -- Een snelle blik op nieuw Cornell-onderzoek wijst op kleurrijke patchwork-quilts, maar het zijn eigenlijk afbeeldingen van grafeen -- een atoomdikke koolstoflaag die op schuine interfaces aan elkaar is genaaid. Onderzoekers hebben opvallende, atomaire resolutie details van hoe grafeen "quilts" eruit zien aan de grenzen tussen patches, en hebben belangrijke inzichten in de elektrische en mechanische eigenschappen van grafeen ontdekt.

De multidisciplinaire Cornell-samenwerking, online publiceren 5 januari in het tijdschrift Natuur , richt zich op grafeen - een één atoom dik vel koolstofatomen gebonden in een kristalrooster zoals een honingraat of kippengaas - vanwege de elektrische eigenschappen en het potentieel om alles te verbeteren, van zonnecellen tot schermen van mobiele telefoons. Maar het groeit niet in perfecte vellen; liever, het ontwikkelt zich in stukken die lijken op patchwork quilts, waar het honingraatrooster onvolmaakt samenkomt en vijf- of zevenledige koolstofringen creëert, in plaats van de perfecte zes. Waar deze "patches" samenkomen, worden korrelgrenzen genoemd, en wetenschappers hadden zich afgevraagd of deze grenzen de speciale eigenschappen van een perfect grafeenkristal zouden kunnen overbrengen naar de veel grotere quiltachtige structuren.

Om de stof te bestuderen, de onderzoekers groeiden grafeenmembranen op een kopersubstraat (een methode bedacht door een andere groep), maar bedachten toen een nieuwe manier om ze los te pellen als vrijstaande, atoomdikke films. Vervolgens, met diffractiebeeldvorming elektronenmicroscopie, ze beeldden het grafeen af ​​door te zien hoe elektronen onder bepaalde hoeken terugkaatsten, en een kleur gebruiken om die hoek weer te geven. Door verschillende kleuren over elkaar te leggen, afhankelijk van hoe de elektronen terugkaatsten, ze creëerden een gemakkelijke, efficiënte methode om de grafeenkorrelgrenzen in beeld te brengen op basis van hun oriëntatie. En als bonus hun foto's namen een artistieke wending, herinnert de wetenschappers aan patchwork-quilts.

"Je wilt niet naar de hele quilt kijken door elke draad te tellen, " zei David Müller, hoogleraar toegepaste en technische fysica en co-directeur van het Kavli Institute bij Cornell voor Nanoscale Science, die het werk met Paul McEuen dirigeerde, hoogleraar natuurkunde en directeur van het Kavli Instituut; en Kavli-lid Jiwoong Park, assistent-professor scheikunde en chemische biologie. "Je wilt een stap achteruit doen en kijken hoe het eruit ziet op het bed. En dus hebben we een methode ontwikkeld die de kristalinformatie zo uitfiltert dat je niet elk atoom hoeft te tellen."

Deze nieuwe methode zou kunnen worden toegepast op andere tweedimensionale materialen en werpt nieuw licht op de voorheen mysterieuze manier waarop grafeen aan korrelgrenzen aan elkaar werd genaaid.

Nadere analyse wees uit dat het kweken van grotere korrels (grotere plekken) de elektrische geleidbaarheid van het grafeen niet verbeterde, zoals eerder werd gedacht door materiaalwetenschappers. Liever, het zijn onzuiverheden die in de platen sluipen die de elektrische eigenschappen doen fluctueren. Dit inzicht zal wetenschappers dichter bij de beste manieren brengen om grafeen te kweken en te gebruiken.