grafeen, beschouwd als het meest opwindende nieuwe materiaal dat wordt bestudeerd in de wereld van nanotechnologie, nu nog interessanter geworden, volgens een nieuwe studie van een groep onderzoekers van de University of Colorado Boulder.

De nieuwe bevindingen - dat grafeen verrassend krachtige hechtingseigenschappen heeft - zullen naar verwachting helpen bij de ontwikkeling van grafeenproductie en van op grafeen gebaseerde mechanische apparaten zoals resonatoren en gasscheidingsmembranen, volgens het CU-Boulder-team. De experimenten toonden aan dat de extreme flexibiliteit van grafeen het mogelijk maakt om zich aan te passen aan de topografie van zelfs de meest gladde substraten.

Grafeen bestaat uit een enkele laag koolstofatomen die chemisch gebonden zijn in een hexagonaal kippengaasrooster. Zijn unieke atomaire structuur zou ooit silicium als basis van elektronische apparaten en geïntegreerde schakelingen kunnen vervangen vanwege zijn opmerkelijke elektrische, mechanische en thermische eigenschappen, zei assistent-professor Scott Bunch van de afdeling werktuigbouwkunde van CU-Boulder en hoofdauteur van de studie.

Een paper over het onderwerp werd online gepubliceerd in het nummer van 14 augustus van Natuur Nanotechnologie . Co-auteurs van de studie waren onder meer CU-Boulder-afgestudeerde studenten Steven Koenig en NarasimhaBoddeti en professor Martin Dunn van de afdeling werktuigbouwkunde.

"De echte opwinding voor mij is de mogelijkheid om nieuwe toepassingen te creëren die gebruikmaken van de opmerkelijke flexibiliteit en hechtende eigenschappen van grafeen en om unieke experimenten te bedenken die ons meer kunnen leren over de nanoschaaleigenschappen van dit verbazingwekkende materiaal, ' zei Bos.

Grafeen heeft niet alleen de hoogste elektrische en thermische geleidbaarheid van alle bekende materialen, maar dit "wondermateriaal" is het dunste, stijfste en sterkste materiaal ter wereld, en ondoordringbaar voor alle standaardgassen. De nieuw ontdekte hechtingseigenschappen kunnen nu worden toegevoegd aan de lijst van schijnbaar tegenstrijdige eigenschappen van het materiaal, zei Bos.

Het CU-Boulder-team heeft de adhesie-energie van grafeenplaten gemeten, variërend van één tot vijf atoomlagen, met een glazen ondergrond, met behulp van een onder druk staande "blistertest" om de hechting tussen grafeen en glasplaten te kwantificeren.

Adhesie-energie beschrijft hoe "plakkerig" twee dingen zijn wanneer ze bij elkaar worden geplaatst. Scotch tape is een voorbeeld van een materiaal met een hoge hechting; de gekko hagedis, die schijnbaar de zwaartekracht tart door verticale wanden op te schalen met behulp van hechting tussen zijn voeten en de muur, is een ander. Adhesie kan ook een nadelige rol spelen, zoals in zwevende micromechanische structuren waar adhesie het falen van het apparaat kan veroorzaken of de ontwikkeling van een technologie kan verlengen, zei Bos.

Het CU-onderzoek, de eerste directe experimentele metingen van de hechting van grafeen nanostructuren, toonde aan dat zogenaamde "van der Waals-krachten" - de som van de aantrekkende of afstotende krachten tussen moleculen - de grafeenmonsters op de substraten klemmen en ook de afzonderlijke grafeenvellen in meerlaagse monsters bij elkaar houden.

De onderzoekers ontdekten dat de adhesie-energieën tussen grafeen en het glassubstraat verschillende ordes van grootte groter waren dan de adhesie-energieën in typische micromechanische structuren, een interactie die ze beschreven als meer vloeibaar dan vast, zei Bos.

De CU-Boulder-studie werd voornamelijk gefinancierd door de National Science Foundation en het Defense Advanced Research Projects Agency.

Het belang van grafeen in de wetenschappelijke wereld werd geïllustreerd door de Nobelprijs voor natuurkunde in 2010 die twee wetenschappers van de Manchester University in Engeland eerde. Andre K. Geim en Konstantin Novoselov, voor het produceren, isoleren, het identificeren en karakteriseren van grafeen.

Er is interesse in het benutten van de ongelooflijke mechanische eigenschappen van grafeen om ultradunne membranen te creëren voor energie-efficiënte scheidingen zoals die nodig zijn voor aardgasverwerking of waterzuivering, terwijl de superieure elektrische eigenschappen van grafeen een revolutie teweegbrengen in de micro-elektronica-industrie, zei Bos.

In al deze toepassingen inclusief grootschalige grafeenproductie, de interactie die grafeen heeft met een oppervlak is van cruciaal belang en een wetenschappelijk inzicht zal de technologie vooruit helpen, hij zei.