Het buigen van grafeen is misschien wel de meest basale manier om de elektrische eigenschappen ervan te beheersen, volgens berekeningen van theoretische natuurkundigen aan de Rice University en in Rusland.

Het Rice-lab van Boris Yakobson vond in samenwerking met onderzoekers in Moskou dat het effect uitgesproken en voorspelbaar is in nanocones en dat het ook zou moeten gelden voor andere vormen van grafeen.

De onderzoekers ontdekten dat het misschien mogelijk is om toegang te krijgen tot wat zij een elektronisch flexo-elektrisch effect noemen, waarbij de elektronische eigenschappen van een vel grafeen kunnen worden gemanipuleerd door het op een bepaalde manier te draaien.

Het werk zal interessant zijn voor diegenen die grafeenelementen overwegen in flexibele touchscreens of geheugens die bits opslaan door elektrische dipoolmomenten van koolstofatomen te regelen, aldus de onderzoekers.

Perfect grafeen - een atoomdikke laag koolstof - is een geleider, terwijl de elektrische ladingen van de atomen elkaar in evenwicht houden over het hele vliegtuig. Maar kromming in grafeen comprimeert de elektronenwolken van de bindingen aan de concave kant en rekt ze uit aan de convexe kant, waardoor hun elektrische dipoolmomenten veranderen, de eigenschap die bepaalt hoe gepolariseerde atomen interageren met externe elektrische velden.

De onderzoekers die hun resultaten deze maand publiceerden in de American Chemical Society's Journal of Physical Chemistry Letters ontdekten dat ze het flexo-elektrische effect konden berekenen van grafeen dat in een kegel van elke grootte en lengte is gerold.

De onderzoekers gebruikten de dichtheidsfunctionaaltheorie om dipoolmomenten voor individuele atomen in een grafeenrooster te berekenen en vervolgens hun cumulatieve effect te berekenen. Ze suggereerden dat hun techniek zou kunnen worden gebruikt om het effect voor grafeen in andere, meer complexe vormen te berekenen, zoals gekreukte lakens of vervormde fullerenen, waarvan ze er ook een aantal analyseerden.

"Terwijl het dipoolmoment nul is voor plat grafeen of cilindrische nanobuisjes, daartussen bevindt zich een familie van kegels, daadwerkelijk geproduceerd in laboratoria, waarvan de dipoolmomenten significant zijn en lineair schalen met de kegellengte, ' zei Yakobson.

Koolstof nanobuisjes, naadloze cilinders van grafeen, geen totaal dipoolmoment weergeven, hij zei. Hoewel niet nul, de vector-geïnduceerde momenten heffen elkaar op.

Dat is niet zo met een kegel, waarin het saldo van positieve en negatieve ladingen van atoom tot atoom verschilt, als gevolg van enigszins verschillende spanningen op de bindingen als de diameter verandert. De onderzoekers merkten op dat atomen langs de rand ook elektrisch bijdragen, maar door twee kegels te analyseren die van rand tot rand waren gedokt, konden ze opheffen, vereenvoudiging van de berekeningen.

Yakobson ziet mogelijke toepassingen voor de nieuw gevonden eigenschap. "Een mogelijk verstrekkende eigenschap is de spanningsval over een gebogen plaat, " zei hij. "Het kan iemand in staat stellen om de werkfunctie lokaal te variëren en de bandstructuurstapeling in dubbellagen of meerdere lagen te construeren door ze te buigen. Het kan ook de creatie van scheidingswanden en holtes met variërende elektrochemische potentiaal mogelijk maken, meer 'zuur' of 'basisch, ' afhankelijk van de kromming in de 3D-koolstofarchitectuur."