grafeen, een tweedimensionale reeks koolstofatomen, heeft grote belofte getoond voor een verscheidenheid aan toepassingen, maar voor veel voorgestelde toepassingen vereist het materiaal behandelingen die duur kunnen zijn en moeilijk voorspelbaar toe te passen. Nutsvoorzieningen, heeft een team van onderzoekers van het MIT en de University of California in Berkeley een eenvoudige, goedkope behandeling die kan helpen om het potentieel van het materiaal te ontketenen.

De nieuwe methode wordt beschreven in een artikel dat deze week in het tijdschrift is gepubliceerd Natuurchemie , co-auteur van MIT-promovendi Priyank Kumar en Neelkanth Bardhan, MIT-hoogleraren Jeffrey Grossman en Angela Belcher, en twee anderen in Berkeley.

"We waren erg geïnteresseerd in grafeen, grafeen oxide, en andere tweedimensionale materialen voor mogelijk gebruik in zonnecellen, thermo-elektrische apparaten, en waterfiltratie, naast een aantal andere toepassingen, " zegt Grossman, de Carl Richard Soderberg universitair hoofddocent energietechniek.

Hoewel puur grafeen enkele belangrijke eigenschappen mist die nodig zijn voor elektronische apparaten, het modificeren door de toevoeging van zuurstofatomen kan die eigenschappen verschaffen, Grossman legt uit. "Het hebben van zuurstofatomen op grafeen is zo belangrijk voor zoveel toepassingen, " voegt Kumar toe.

Maar de huidige methoden laten zuurstofatomen onvoorspelbaar verdeeld over het oppervlak van het grafeen, en behandelen met agressieve chemicaliën, of bij temperaturen van 700 tot 900 graden Celsius.

De nieuwe aanpak van de groep houdt in dat het materiaal wordt blootgesteld aan relatief lage temperaturen, slechts 50 tot 80 C, zonder dat er een extra chemische behandeling nodig is. "Het is een milde thermische benadering, "Bardhan zegt, "versus andere benaderingen die zijn gemeld, thermisch of chemisch. Dit biedt een relatief milieuvriendelijke methode, zonder agressieve chemische behandeling die schadelijke bijproducten genereert." hij zegt, de behandeling kan eenvoudig op grote schaal worden toegepast, commerciële toepassingen haalbaarder maken.

Het gloeiproces bij lage temperatuur wijzigt de verdeling van de zuurstofatomen, waardoor ze clusters vormen en gebieden van puur grafeen ertussen achterblijven, zonder enige wanorde in de algehele grafeenstructuur te introduceren - en vooral, behoud van het zuurstofgehalte.

Kumar zegt dat de nieuwe behandeling ervoor zorgt dat de elektrische weerstand van het materiaal met vier tot vijf ordes van grootte kan afnemen. die van belang kunnen zijn voor elektronica, katalyse, en het detecteren van toepassingen. Dit is een gevolg van de zuurstofclustering, waardoor de zuurstofrijke gebieden isolerend zijn, maar laat de pure grafeengebieden tussen het geleiden.

In aanvulling, de pure grafeengebieden hebben van nature eigenschappen van "quantum dots", die zouden kunnen worden gebruikt als zeer efficiënte lichtzenders, onder andere toepassingen. De behandeling verbetert ook aanzienlijk het vermogen van het materiaal om zichtbaar licht te absorberen, zegt het team. "Het levert een verbetering van 38 procent op in de verzameling van fotonen, "Grosman zegt, vergeleken met onbehandeld grafeenoxide, "wat een aanzienlijke verbetering is die belangrijk kan zijn voor het gebruik in een aantal toepassingen, zoals zonnecellen."

Terwijl de groep van Grossman kijkt naar het mogelijke gebruik van grafeen in zonnecellen, thermo-elektrische apparaten, zonne thermische brandstoffen, en ontziltingsfilters, De groep van Belcher onderzoekt biologische toepassingen, zoals sensoren voor ziekteverwekkers in de bloedbaan, of afgiftesystemen voor het richten van onoplosbare geneesmiddelen op specifieke delen van het lichaam.

De nieuwe verwerkingsaanpak, Grossman zegt, is "heel spannend, vanwege de manier waarop het de ontwerpruimte voor deze toepassingen opent."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.