Grafeen wordt beschouwd als een van de meest veelbelovende nieuwe materialen. Echter, het systematisch inbrengen van chemisch gebonden atomen en moleculen om de eigenschappen ervan te beheersen is nog steeds een grote uitdaging. Nutsvoorzieningen, Voor de eerste keer, wetenschappers van de Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, de Universiteit van Wenen, de Freie Universität Berlin en de University Yachay Tech in Ecuador zijn erin geslaagd de spectrale vingerafdruk van dergelijke verbindingen zowel in theorie als experiment nauwkeurig te verifiëren. Hun resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Natuurcommunicatie .

Tweedimensionaal grafeen bestaat uit enkele lagen koolstofatomen en vertoont intrigerende eigenschappen. Het transparante materiaal geleidt elektriciteit en warmte uitstekend. Het is tegelijkertijd flexibel en solide. Aanvullend, de elektrische geleidbaarheid kan continu worden gevarieerd tussen een metaal en een halfgeleider door, bijv. het inbrengen van chemisch gebonden atomen en moleculen in de grafeenstructuur - de zogenaamde functionele groepen. Deze unieke eigenschappen bieden een breed scala aan toekomstige toepassingen zoals b.v. voor nieuwe ontwikkelingen in opto-elektronica of ultrasnelle componenten in de halfgeleiderindustrie. Echter, een succesvol gebruik van grafeen in de halfgeleiderindustrie kan alleen worden bereikt als eigenschappen zoals de geleidbaarheid, de grootte en de defecten van de grafeenstructuur veroorzaakt door de functionele groepen kunnen al worden gemoduleerd tijdens de synthese van grafeen.

In een internationale samenwerking bereikten wetenschappers onder leiding van Andreas Hirsch van de Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg in nauwe samenwerking met Thomas Pichler van de Universiteit van Wenen een cruciale doorbraak:met behulp van de nieuw ontwikkelde experimentele opstelling van laatstgenoemde konden ze identificeren, Voor de eerste keer, vibratiespectra als de specifieke vingerafdrukken van stapsgewijs chemisch gemodificeerd grafeen door middel van lichtverstrooiing. Deze spectrale signatuur, die ook theoretisch werd bevestigd, maakt het mogelijk om op een snelle en nauwkeurige manier het type en het aantal functionele groepen te bepalen. Onder de reacties die ze onderzochten, was de chemische binding van waterstof aan grafeen. Dit werd geïmplementeerd door een gecontroleerde chemische reactie tussen water en bepaalde verbindingen waarin ionen worden ingebracht in grafiet, een kristallijne vorm van koolstof.

Aanvullende voordelen

"Deze methode van de in-situ Raman-spectroscopie is een zeer effectieve techniek waarmee de functie van grafeen in een snelle, contactloze en uitgebreide manier al tijdens de productie van het materiaal, " zegt J. Chacon van Yachay Tech, een van de twee hoofdauteurs van het onderzoek. Dit maakt de productie mogelijk van op maat gemaakte, op grafeen gebaseerde materialen met gecontroleerde elektronische transporteigenschappen en hun gebruik in de halfgeleiderindustrie.