(PhysOrg.com) -- Een klasse van decoratieve, bloemachtige defecten in het nanomateriaal grafeen kunnen mogelijk belangrijke effecten hebben op de toch al unieke elektrische en mechanische eigenschappen van het materiaal, volgens onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) en Georgia Tech. In een nieuwe krant het team beschrijft voor de eerste keer een familie van zeven defecten die van nature kunnen voorkomen of veroorzaakt kunnen worden in grafeen, waarvan er al een is waargenomen.

Grafeen staat bekend om zijn sterkte en geleidbaarheid, beide zijn het resultaat van de structuur ervan. Voor het grootste gedeelte, grafeen is een karakterloos vlak van koolstofatomen gerangschikt in een honingraatrooster.

Volgens NIST-collega Joseph Stroscio, defecten kunnen optreden als gevolg van de beweging van de koolstofatomen bij hoge temperaturen bij het produceren van grafeen door siliciumcarbide onder ultrahoog vacuüm te verwarmen. Het makkelijkst, d.w.z. die de minste hoeveelheid energie nodig heeft, herschikkingen die grafeen kan maken zijn om over te schakelen van koolstofringen met zes leden naar ringen met vijf of zeven atomen, die alle koolstofatomen gelukkig houdt zonder ontevreden bindingen. De NIST-onderzoekers hebben ontdekt dat het aan elkaar rijgen van vijf- en zevenledige ringen in gesloten lussen een nieuw type defect of korrelgrenslus in het honingraatrooster creëert.

Volgens NIST-onderzoeker Eric Cockayne, het fabricageproces speelt een grote rol bij het ontstaan ​​van deze defecten.

"Terwijl het grafeen zich vormt onder hoge hitte, delen van het rooster kunnen losraken en roteren, "zegt Cockayne. "Terwijl het grafeen afkoelt, deze gedraaide secties sluiten weer aan op het rooster, maar op een onregelmatige manier. Het is bijna alsof stukjes grafeen zijn uitgeknipt met een schaar, met de klok mee gedraaid, en gemaakt om weer op dezelfde plek te passen, alleen past het echt niet daarom krijgen we deze bloemen."

Het buitengewoon stijve rooster is al sterker dan staal, maar de gebreken kunnen het een beetje flexibiliteit toestaan, waardoor het nog beter bestand is tegen scheuren of breken.

Met meer experimenteren, Cockayne zegt, onderzoekers moeten het optreden van defecten kunnen correleren met variaties in groeiomstandigheden, die het mogelijk moeten maken defecten volledig te vermijden of ze naar believen te produceren.

Bovendien, terwijl het bloemdefect is samengesteld uit zes paar ringen van vijf en zeven atomen, Cockayne en het NIST-team's modellering van de atomaire structuur van grafeen suggereert dat er een waar boeket van bloemachtige configuraties zou kunnen zijn. Deze configuraties - zeven in totaal - zouden elk hun eigen unieke mechanische en elektrische eigenschappen bezitten.