Onderzoekers van Binghamton University hebben een milieuvriendelijk proces aangetoond dat ongekende ruimtelijke controle mogelijk maakt over de elektrische eigenschappen van grafeenoxide. Dit tweedimensionale nanomateriaal heeft het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in flexibele elektronica, zonnecellen en biomedische instrumenten.

Door de sonde van een atoomkrachtmicroscoop te gebruiken om een ​​lokale chemische reactie te veroorzaken, Jeffrey Mativetsky, assistent-professor natuurkunde aan de Binghamton University, en PhD-student Austin Faucett toonden aan dat elektrisch geleidende eigenschappen zo klein als vier nanometer kunnen worden gemodelleerd in individuele grafeenoxidevellen. Eén nanometer is ongeveer honderdduizend keer kleiner dan de breedte van een mensenhaar.

"Onze aanpak maakt het mogelijk om elektrisch geleidende kenmerken op nanoschaal te tekenen in atomair dunne isolatieplaten met de hoogste ruimtelijke controle die tot nu toe is gerapporteerd, " zei Mativetsky. "In tegenstelling tot standaardmethoden voor het manipuleren van de eigenschappen van grafeenoxide, ons proces kan worden uitgevoerd onder omgevingsomstandigheden en is milieuvriendelijk, waardoor het een veelbelovende stap is in de richting van de praktische integratie van grafeenoxide in toekomstige technologieën."

De Nobelprijs voor de Natuurkunde 2010 werd toegekend voor de ontdekking van grafeen, een atomair dunne, tweedimensionaal koolstofrooster met buitengewone elektrische, thermische en mechanische eigenschappen. Grafeenoxide is een nauw verwant tweedimensionaal materiaal met bepaalde voordelen ten opzichte van grafeen, inclusief eenvoudige productie en verwerking, en zeer afstembare eigenschappen. Bijvoorbeeld, door een deel van de zuurstof uit grafeenoxide te verwijderen, het elektrisch isolerende materiaal geleidend kan worden gemaakt, perspectieven openen voor gebruik in flexibele elektronica, sensoren, zonnecellen en biomedische apparaten.

De studie biedt nieuw inzicht in de ruimtelijke resolutielimieten en mechanismen voor een relatief nieuw proces voor het patroontekenen van geleidende gebieden in isolerend grafeenoxide. De minimale grootte van het geleidende kenmerk van vier nanometer is de kleinste die tot dusver met een methode voor dit materiaal is bereikt. Mativetsky zei dat deze aanpak veelbelovend is voor het maken van prototypes op laboratoriumschaal van geleidende patronen op nanoschaal in grafeenoxide. "Er is veel belangstelling voor het definiëren van regio's met verschillende functionaliteiten, en het schrijven van circuits in tweedimensionale materialen. Onze aanpak biedt een manier om elektrisch geleidende en isolerende gebieden direct te modelleren in grafeenoxide met een hoge ruimtelijke resolutie, ’ zei Mativetsky.

Dit onderzoek maakt niet alleen fundamentele studie mogelijk van de fysische eigenschappen van grafeenoxide op nanoschaal, maar opent ook nieuwe wegen voor het opnemen van grafeenoxide in toekomstige technologieën. Omdat het door Mativetsky ontwikkelde proces het gebruik van schadelijke chemicaliën vermijdt, hoge temperaturen of inerte gasatmosferen, zijn werk is een veelbelovende stap naar een milieuvriendelijke productie met grafeenoxide. "Aanvankelijk, dit zal vooral nuttig zijn voor het bestuderen van fundamentele eigenschappen en apparaten op laboratoriumschaal, "zei Mativetsky. "Uiteindelijk, dit werk kan helpen leiden tot de praktische integratie van grafeenoxide in goedkope en flexibele elektronica, zonnepanelen, en sensoren."

De studie, "Reductie op nanoschaal van grafeenoxide onder omgevingsomstandigheden, " verscheen voor het eerst in de online versie van het internationale tijdschrift Koolstof op 8 september en zal in het decembernummer in druk verschijnen. Mativetsky ontving onlangs een driejarige beurs van de National Science Foundation om zijn benadering van het afstemmen van de structuur en eigenschappen van grafeenoxide verder te bestuderen.