(Phys.org)—Enkele vellen grafeen, een merkwaardig materiaal van slechts 1 atoom dik, zijn 100 keer chemisch reactiever dan dubbele of driedubbele vellen, Wetenschappers van Stanford zeggen in een nieuw artikel dat op 17 januari online is gepubliceerd ACS Nano . De chemische reactiviteit van grafeen begrijpen, ze zeggen, is de sleutel om dit unieke materiaal te laten werken.

Grafeen is een kippengaasachtige structuur van koolstofatomen. De sterk geleidende, superlicht en supersterk materiaal is veelbelovend voor toepassingen in de informatica, zonne-energie en chemische detectie. Maar materiaalwetenschappers plagen nog steeds de opmerkelijke eigenschappen en mogelijke toepassingen van grafeen.

"Het doel van de grafeengemeenschap is het afstemmen van de eigenschappen van grafeen, " zei Michael Neumann, postdoctoraal fysicus van Stanford. "De meeste van deze operaties omvatten het chemisch modificeren van het materiaal, dus je moet een idee hebben van wat de chemische reactiviteit van grafeen is en welke factoren die reactiviteit beïnvloeden."

Neumann en afgestudeerde student Georgi Diankov, beide leden van de natuurkunde onderzoeksgroep van David Goldhaber-Gordon, beschoten enkele en meerdere vellen grafeen met zeer reactieve waterstofatomen gegenereerd in een stroom geladen gas, of plasma.

Toen ze het grafeen onderzochten in het Stanford Nanocharacterization Laboratory, ze vonden iets verrassends. De enkele lagen grafeen waren bezaaid met etsputten, zoals Zwitserse kaas. Dikkere lagen, zelfs 1 atoom dikker, waren nauwelijks gepitcht. Etch pits op de enkele lagen overtroffen de andere 100 tegen 1.

De pits worden veroorzaakt door koolstofatomen in grafeen die reageren met waterstofatomen, vermoedelijk het creëren van methaanmoleculen die optillen en weggaan uit de grafeenplaat. De platen rusten op een siliciumoxide "substraat, " die een deelnemer is in de etsreactie. Meerlagige platen zijn beter beschermd tegen het effect van het substraat.

De onderzoekers merkten ook op dat monolaag etsputten cirkelvormig waren, terwijl de weinige etsputten in dikkere lagen zeshoekig waren. Waarom het verschil?

"Het korte antwoord is:we weten het niet echt, "Nemann zei, maar hij speculeert dat de deelname van het substraat aan de etsreactie de oorzaak zou kunnen zijn.

Grafeen werd in 2004 beroemd ontdekt door wetenschappers in Engeland die plakband gebruikten om enkele lagen grafeen van grotere grafietvlokken af ​​te pellen. Diankov en Neumann gebruikten dezelfde techniek om grafeenmonsters voor te bereiden voor hun experimenten.

De "geëxfolieerde" grafeenvellen zijn te zien met een eenvoudige optische microscoop. Gelaagd op het grijze siliciumsubstraat, het grafeen ziet eruit als overlappende donkere verfstreken.

Diankov is geïntrigeerd door de unieke eigenschappen van grafeen.

"Ik ben gefascineerd door tweedimensionale materialen - de ongewone chemie, mechanische eigenschappen, elektronische eigenschappen - en ik wil grafeen onderzoeken als een geweldig modelsysteem, " hij zei.

de faciliteiten van Stanford, zoals het Nanokarakteriseringslab, gevuld met beeldvormingsapparatuur op nanoschaal, de universiteit "een van de beste plaatsen maken om scheikunde en natuurkunde op nanoschaal te doen, ' zei Djankov.

Volgende, Neumann en Diankov zullen de reactiviteit van grafeen testen met verschillende substraten; ze hopen een experiment zonder substraat op te nemen.

Neumann geeft toe dat zijn werk fundamenteel is en nog niet direct effect heeft op het dagelijks leven.

"Veel nieuwe technologieën zijn afhankelijk van onderzoeksresultaten van enkele jaren, of zelfs decennia, eerder, "Zei Neumann. "We zijn vrij ver stroomopwaarts."