(Phys.org) — Grafeen, een tweedimensionale vorm van koolstof, heeft veel eigenschappen waardoor het bij uitstek geschikt is voor nanodevices. Voor een, ook al bestaat het uit een netwerk van koolstofatomen, het vertoont buitengewone geleidbaarheid via zijn π-elektronennetwerk. Aanvullend, grafeen is een goedkope, flexibele ondergrond, waardoor het een praktische optie is voor de constructie van apparaten. Veel groepen zijn geïnteresseerd in manieren om nanomaterialen op grafeenoppervlakken uit te lijnen in plaats van grafeen te functionaliseren. die enkele van de gewenste eigenschappen van grafeen verandert.

Een team van onderzoekers van de Universiteit van Tokyo, het Japans bureau voor wetenschap en technologie, de Universiteit van Californië in Berkeley, het Ulsan Nationaal Instituut voor Wetenschap en Technologie, Harvard universiteit, Konkuk-universiteit, en het Lawrence Berkeley National Laboratory hebben ontdekt dat nanodraden van goud (I) cyanide (AuCN) zich onder milde omstandigheden op ongerept grafeen zullen assembleren. Ze hebben vastgesteld dat deze nanodraden spontaan uitlijnen met het zigzagrooster van grafeen, waardoor studies over de structurele aard van grafeen mogelijk zijn, evenals voor het gecontroleerde ontwerp van anorganische nanostructuren. Hun werk verschijnt in Natuur Nanotechnologie .

Een van de problemen bij het opnemen van anorganische moleculen in grafeen is dat grafeen chemisch inert is. De meeste pogingen om een ​​anorganische laag op een grafeensubstraat te produceren, omvatten ofwel het gebruik van grafeen met defecten of het reageren met de randen van een grafeenlint. Deze studie is uniek omdat nanodraden gevormd zijn op ongerept grafeen. belangrijk, studies bevestigden dat het grafeen ongerept bleef, zelfs nadat de nanodraden waren gevormd. De nanodraden werden verwijderd met een basische oplossing, ongerept grafeen opleveren. Verder, aanvullende studies met verschillende soorten koolstofoppervlakken toonden aan dat de AuCN-nanodraden bij voorkeur groeien op ongerepte grafeenoppervlakken.

Synthese van de AuCN nanodraden werd uitgevoerd onder relatief milde omstandigheden. Typisch, dit type anorganische reactie waarbij een verbinding wordt omgezet op een substraat zoals grafeen, gebeurt met behulp van chemische dampafzetting. Chemische dampafzetting vindt plaats onder zware temperatuur- en drukomstandigheden. Lee et al. rapporteer een synthese waarin enkellaags grafeen en vast goud 17 uur bij kamertemperatuur in een waterige oplossing van 250 mM ammoniumpersulfaat worden geplaatst. Het goud kan gouden nanodeeltjes of een gouden microstructuur zijn, afhankelijk van het doel van de reactie. Het zuur oxideert het goud tot nanodraden. Het grafeen dient als substraat voor de nucleatie en groei van de nanodraden.

Karakteriseringsstudies toonden aan dat de nanodraden uitsluitend uit AuCN waren samengesteld. Verder, de AuCN-nanodraden vormen een nanoribbon-structuur op het grafeenoppervlak, zodanig dat ze analoog zijn aan de grafeen-zigzag-roosterstructuur. Dit is een belangrijke bevinding omdat de kenmerken van het grafeenrooster kunnen worden bestudeerd door te kijken naar de oriëntatie van de AuCN-nanoribbons. Gewoonlijk vereist het bestuderen van de roosterstructuur van grafeen speciale monstervoorbereiding en substraatvereisten die tijdrovend kunnen zijn. Echter, door te kijken naar de AuCN nanoribbon-eigenschappen met behulp van een techniek zoals scanning-elektronenmicroscopie, die minimale monstervoorbereiding vereist, men kan gemakkelijker de korrelgrenzen en andere kenmerken van grafeen onderscheiden.

Omdat de nanodraden de grafeenroosterstructuur zullen volgen, Lee et al. toonde aan dat men de oriëntatie van nanostructuren kon controleren. Ze waren in staat om grafeen-nanoribbons van hoge kwaliteit te fabriceren die een bepaalde roosteroriëntatie volgen. Ze waren ook in staat om gouden nanodeeltjeskettingen te fabriceren die waren uitgelijnd met de zigzagroosterrichting van het grafeen.

Vanwege de unieke inerte omstandigheden voor deze reactie, Lee et al. eerste-principe berekeningen uitgevoerd om te begrijpen wat deze substraat-geïnduceerde nanodraadvorming bevorderde, die aanwijzingen kunnen geven voor het ontwikkelen van een algemeen mechanisme voor het maken van nanomaterialen in inerte omstandigheden.

Ze ontdekten dat AuCN zijn hexagonale kristalstructuur behield en grafeen zijn sp . behield ² koolstof structuur. Het verschil tussen de lagen tussen de AuCN-kristallen en de grafeenplaat is bijna hetzelfde als het verschil tussen de lagen tussen Au(1 1 1) en grafeen. Dit suggereert dat de primaire interactie tussen het grafeen en het goudatoom in AuCN is. Echter, de bindingsenergie voor AuCN op grafeen is veel hoger dan voor Au(1 1 1), wat suggereert dat de π-elektronen van grafeen interageren met het elektronenarme goud in AuCN. Deze unieke π-interactie kan de aanzet zijn achter de spontane binding tussen de nanodraden en grafeen, en kan een eigenschap zijn die kan worden gebruikt voor het construeren van andere nanomaterialen.

Algemeen, Lee et al. demonstreerde een gemakkelijke synthese van grafeensjabloon AuCN-nanodraden die spontaan uitlijnen met het ongerepte zigzagrooster van grafeen. Dit zorgt voor een betere karakterisering van de kristaleigenschappen van grafeen en voor het regelen van de oriëntatie van gefabriceerde nanomaterialen. De interactie tussen de π-elektronen en het goudatoom in AuCN zonder het koolstofnetwerk van grafeen te verstoren, is een unieke interactie die kan worden benut voor verdere studies bij het construeren van nanodevices.

© 2015 Fys.org