Een studie gepubliceerd in Wetenschap rapporteert de katalytische werking van nikkel in de groei van grafeenplaten. Het onderzoek, uitgevoerd door Iom-Cnr en de Universiteit van Triëst, biedt nieuwe strategieën om de industriële productie van dit materiaal, gekenmerkt door uitzonderlijke eigenschappen, te verbeteren

Grafeen is een tweedimensionaal materiaal dat bestaat uit een enkele laag koolstofatomen. Het is flexibel zoals plastic en vertoont een mechanische weerstand die 100 keer hoger is dan die van staal. Dus, het wordt als ideaal beschouwd voor meervoudig gebruik op industrieel en technologisch gebied. Echter, het is moeilijk te produceren, waardoor het gebruik ervan extreem duur is.

De studie, uitgevoerd in Triëst (Italië) door het Istituto officina dei materiali van de Italiaanse Nationale Onderzoeksraad (Iom-Cnr) en door de afdeling natuurkunde van de Universiteit van Triëst, identificeert het mechanisme van grafeengroei op het oppervlak van nikkel, het openen van nieuwe mogelijkheden in productietechnologieën.

"We weten dat individuele atomen altijd aanwezig zijn op metalen oppervlakken, waar ze vrij kunnen bewegen en deelnemen aan veel van de processen die daar plaatsvinden, " legt Cristina Africh uit, van Iom-Cnr. "In onze studie we hebben aangetoond dat op een nikkeloppervlak, de mobiele metaalatomen werken als katalysatoren, het vergemakkelijken van de vorming van grafeen."

Het wetenschappelijke team kon dit proces in realtime vastleggen, het blootleggen van het gedrag van individuele oppervlakte-atomen door middel van een hogesnelheidsscanmodule die de afgelopen jaren is ontwikkeld in samenwerking met Elettra-Sincrotrone Trieste en recentelijk is verbeterd dankzij Europese financiering.

"Met een scanning tunneling microscoop, " zegt Laerte Patera, "we hebben gefilmd wat er gebeurt aan de rand van de grafeenplaat tijdens zijn groei, bij een temperatuur van ongeveer 450 graden Celsius, tot 60 beelden per seconde verzamelen, een framesnelheid die veel hoger is dan die gebruikt in cinematografie of televisie en waargenomen door het menselijk oog."

"Van de video's het is duidelijk dat het groeiproces lijn voor lijn plaatsvindt, als een breimachine die een draad weeft om een ​​stuk stof te vormen. Op microscopisch niveau, de afzonderlijke nikkelatomen vervullen dezelfde functie als de machinenaald, nieuwe steken toevoegen aan de rand van de stof in een geordende volgorde, " legt Giovanni Comelli van de Universiteit van Triëst uit. "Numerieke simulaties verduidelijken alle details van de experimentele resultaten en verklaren duidelijk de rol die wordt gespeeld door nikkel-adatomen die, door zich tijdelijk aan de grafeenranden te hechten, de opname van nieuwe koolstofatomen mogelijk te maken."

"Naast de relevante wetenschappelijke waarde, dit resultaat is van groot belang voor toepassingen, aangezien een van de meest gebruikte methoden die momenteel worden gebruikt voor industriële productie van grafeen gebruik maakt van een nikkelsubstraat om grafeenlagen te laten groeien die worden gekenmerkt door weinig defecten tegen lagere productiekosten, " concludeert Africh. "Als we de details van het groeimechanisme begrijpen, tot nu toe onbekend, is daarom van fundamenteel belang om een ​​strategie te definiëren voor de ontwikkeling van nieuwe en efficiëntere grafeenproductieprocessen op industrieel niveau."