Een handige procedure om defecten op grafeenlagen te visualiseren door het oppervlak van koolstofmaterialen in kaart te brengen met een geschikt contrastmiddel, werd geïntroduceerd door een team van onderzoekers van het Zelinsky Institute of Organic Chemistry van de Russische Academie van Wetenschappen (Moskou), betrokken bij een internationaal samenwerkingsproject. Een nieuwe imaging-tomografieprocedure heeft georganiseerde patronen van defecten op grote delen van koolstofoppervlakken onthuld. Verschillende soorten defecten op het koolstofoppervlak kunnen binnen enkele minuten worden "gevangen" en vastgelegd op het microscopische beeld. Het artikel waarin het onderzoek wordt beschreven, is gepubliceerd in: Chemische Wetenschappen , het tijdschrift van de Royal Society of Chemistry.

Grafeen en verwante 2D-materialen zullen naar verwachting de verbindingen van de eeuw worden. Het is niet verwonderlijk - grafeen is extreem dun en sterk, en het bezit uitstekende elektrische en thermische eigenschappen. De impact van een materiaal met zulke unieke eigenschappen is veelbelovend. Wetenschappers voorzien de op handen zijnde opkomst van nieuwe biomedische toepassingen, een nieuwe generatie slimme materialen, zeer efficiënte lichtconversie en fotokatalyse versterkt door grafeen. Echter, een struikelblok is dat veel unieke eigenschappen en mogelijkheden alleen gerelateerd zijn aan perfect grafeen met een gecontroleerd aantal defecten. Echter, in werkelijkheid, ideaal defectvrij grafeenoppervlak is moeilijk te bereiden, en defecten kunnen verschillende maten en vormen hebben. In aanvulling, dynamisch gedrag en fluctuaties maken de defecten moeilijk te lokaliseren. Het scannen van grote delen van grafeenvellen om defectlocaties te ontdekken en de kwaliteit van het materiaal in te schatten is een tijdrovende taak, en er bestaat een gebrek aan eenvoudige directe methoden om defecten op het koolstofoppervlak vast te leggen en zichtbaar te maken.

Een gezamenlijk onderzoeksproject uitgevoerd door Ananikov en collega's onthulde een specifiek contrastmiddel - oplosbaar palladiumcomplex - dat zich selectief hecht aan defecte gebieden op het oppervlak van koolstofmaterialen. Pd-aanhechting leidt tot vorming van nanodeeltjes, die gemakkelijk kan worden gedetecteerd met behulp van een routine-elektronenmicroscoop. Hoe reactiever het koolstofcentrum is, des te sterker is de binding van het contrastmiddel in de beeldvormingsprocedure. Dus, reactiviteitscentra en defectlocaties op een koolstofoppervlak werden in kaart gebracht in een driedimensionale ruimte met hoge resolutie en uitstekend contrast met behulp van een handige beeldvormingsprocedure op nanoschaal. De ontwikkelde procedure onderscheidde koolstofdefecten, niet alleen vanwege het verschil in hun morfologie, maar ook door variërende chemische reactiviteit. Daarom, deze beeldvormingsbenadering maakt het mogelijk om de chemische reactiviteit te visualiseren met ruimtelijke resolutie.

Het in kaart brengen van koolstofreactiviteitscentra met "Pd-markers" gaf uniek inzicht in de reactiviteit van de grafeenlagen. Zoals blijkt uit de studie, meer dan 2000 reactieve centra kunnen per 1 μm . worden gelokaliseerd ² van het oppervlak van gewoon koolstofmateriaal. De studie wees op de ruimtelijke complexiteit van het koolstofmateriaal op nanoschaal. Het in kaart brengen van de dichtheid van oppervlaktedefecten toonde aanzienlijke gradiënten en variaties over het oppervlak, die georganiseerde structuren van defecten kunnen bezitten.

Medische toepassing van beeldvorming (tomografie) voor diagnostiek, inclusief het gebruik van contrastmiddelen voor meer nauwkeurigheid en gemakkelijkere observatie, heeft zijn nut al jaren bewezen. De huidige studie benadrukt een nieuwe mogelijkheid in tomografietoepassingen om diagnostiek van materialen op atomaire schaal uit te voeren.