Dr. Richard Ordonez, een nanomaterialenwetenschapper bij het Space and Naval Warfare Systems Center Pacific (SSC Pacific), had vorig jaar buikpijn. Zo begint het verhaal van de toevallige ontdekking dat honing - ja, het bijproduct - is een effectieve, niet-toxisch alternatief voor de manipulatie van de stroom- en spanningskenmerken van grafeen.

Ordonez' laboratoriumgenoot en vriend Cody Hayashi gaf hem wat honing uit de winkel als kerstcadeau en ontstekingsremmend voor zijn maag, en Ordonez hield het voor dagelijks gebruik in de buurt van zijn werkplek. Op een dag in het laboratorium, het duo onderzocht verschillende diëlektrische materialen waarmee ze een grafeentransistor konden maken. Eerst, het team probeerde water te gebruiken als een diëlektricum aan de bovenzijde om de elektrische geleidbaarheid van grafeen te manipuleren. Deze aanpak was niet succesvol, dus gingen ze verder met verschillende samenstellingen van suiker en gedeïoniseerd water, een andere elektrolyt, wat nog steeds tot verwaarloosbare prestaties leidde. Toen trok de honing de aandacht van Ordonez, en een toevallige wetenschappelijke doorbraak werd gerealiseerd.

De bevinding wordt gedetailleerd beschreven in een paper in Nature Wetenschappelijke rapporten , waarin het team beschrijft hoe honing een elektrische dubbellaag van nanometerformaat produceert op het grensvlak met grafeen die kan worden gebruikt om het ambipolaire transport van grafeen te poorten.

"Als een diëlektricum voor de bovenste poort, water is veel te geleidend, dus gingen we over op suiker en gedeïoniseerd water om de ionische samenstelling te controleren in de hoop dat we de geleidbaarheid konden verminderen, Ordonez legde uit. "Echter, suikerwater werkte ook niet voor ons omdat, als een poort-diëlektricum, er was nog teveel lekstroom. Uit frustratie, letterlijk centimeters van me vandaan was de honing die Cody had gekocht, dus besloten we de honing op grafeen te gieten om als diëlektricum van de bovenste poort te fungeren - ik dacht dat de honing misschien diëlektrische gels zou nabootsen waarover ik in de literatuur had gelezen. Tot onze verbazing - iedereen zei dat het niet gaat werken - hebben we het geprobeerd en het lukte."

Ordónez, Hayashi, en een team van onderzoekers van SSC Pacific, in samenwerking met de Universiteit van Hawaï in Mānoa, hebben nieuwe grafeenapparaten ontwikkeld als onderdeel van een door de Marine Innovative Science and Engineering (NISE) gefinancierde inspanning om de marine te doordringen van goedkope, lichtgewicht, flexibele op grafeen gebaseerde apparaten die kunnen worden gebruikt als sensoren van de volgende generatie en draagbare apparaten.

"Traditioneel, elektrolytische poorttransistors zijn gemaakt met ionische gelmaterialen, "Zei Hayashi. "Maar je moet bedreven zijn in de processen om ze te synthetiseren, en het kan enkele maanden duren om het juiste recept te vinden dat nodig is om deze gels in het milieu te laten functioneren. Sommige vloeistoffen zijn giftig, dus experimenten moeten worden uitgevoerd in een atmosferische gecontroleerde omgeving. Honing is compleet anders:het presteert op dezelfde manier als deze veel geavanceerdere materialen, maar is veilig, goedkoop, en gemakkelijker te gebruiken. De honing was een tussenstap naar het gebruik van ionische gels, en mogelijk een vervanging voor bepaalde toepassingen."

Ordonez en Hayashi stellen zich voor dat de op honing gebaseerde versie van grafeenproducten wordt gebruikt voor snelle prototyping van apparaten, omdat de apparaten snel en eenvoudig opnieuw kunnen worden ontworpen op basis van resultaten. In plaats van maanden te moeten besteden aan het ontwikkelen van de materialen voordat ze zelfs maar in apparaten worden verwerkt, door honing te gebruiken, kan het team de eerste tests uitvoeren zonder te wachten op dure fabricageapparatuur.

Ordonez ziet ook een toepassing voor dergelijke producten in de wetenschap, technologie, outreach-inspanningen op het gebied van engineering en wiskunde (STEM), omdat de honing niet giftig is en kan worden gebruikt om studenten over grafeen te leren.

Deze nieuwste innovatie en publicatie was een vervolg op de ontdekking van de groep vorig jaar dat vloeibare metalen kunnen worden gebruikt in plaats van stijve elektroden zoals goud en zilver om grafeen elektrisch in contact te brengen. Dit, gekoppeld aan onderzoek naar grafeen en multispectrale detectie, leverde hen de Federal Laboratory Consortium Far West Regional Award op in de categorie Outstanding Technology Development.

SSC Pacific is het onderzoeks- en ontwikkelingslaboratorium van de marine dat verantwoordelijk is voor het waarborgen van de superioriteit van informatieoorlogvoering voor oorlogsjagers, onder meer op het gebied van cyber, commando en controle, intelligentie, bewaking en verkenning, en ruimtesystemen.