Tot op heden is het erg moeilijk gebleken om de beloften van het wondermateriaal grafeen om te zetten in praktische toepassingen. Amedeo Bellunato, doctoraat kandidaat bij het Leids Instituut voor Chemie, heeft een methode ontwikkeld om grafeen met een diamantmes in kleinere fragmenten te snijden. Van de fragmenten kan hij vervolgens nanostructuren construeren. doctoraat verdediging 11 dec.

Grafeen is een honingraatstructuur van koolstofatomen van slechts één atoom dik. Na de ontdekking in 2004, het leek het ideale basismateriaal voor nanotechnologische toepassingen:het is supersterk en het is een uitzonderlijk goede geleider van zowel warmte als elektriciteit. In 2013 lanceerde de EU het Graphene Flagship, een onderzoeksprogramma met een budget van een miljard euro om toepassingen te ontwikkelen zoals efficiëntere zonnecellen, LED's, batterijen en allerlei sensoren.

Echter, in zijn proefschrift, Bellunato stelt dat het maken van dergelijke nanostructuren nog een uiterst complex productieproces is dat zich niet goed leent voor serieproductie. Ook, het is bijna onmogelijk gebleken om grafeen chemisch selectief te functionaliseren, d.w.z. om andere chemische elementen te verbinden, zoals zuurstof- of stikstofatomen, aan de randen van een grafeen nanostructuur. Het is belangrijk om dit te kunnen om van grafeen een veelzijdig nanomateriaal met meerdere toepassingen te maken.

Grafeen sandwich

Geïnspireerd door eerdere experimenten, Bellunato besloot het anders aan te pakken, namelijk een sandwich van plastic en metaal nemen met een laagje grafeen in het midden, en om het letterlijk in fragmenten te knippen. Dit doet hij met behulp van een microtoom, een diamantmes dat fragmenten kan snijden met nanometerprecisie.

In de snijkant van de sandwich, een perfect schoon, een atoomdikke rand van grafeen wordt blootgelegd, waaraan andere atomen of moleculen op chemische wijze kunnen worden verbonden. De grafeenschijf kan ook worden aangesloten op een elektrische stroom, veranderen in een elektrochemische cel. Dit is te vergelijken met de elektrochemische coating van een metaal, maar dan op nanoschaal, omdat alleen de rand van het grafeen is gecoat. Bellunato kon ook een sandwich bouwen van nanoporiën en nanogaps van grafeen met behulp van microscopisch dunne strips.

Ook bleek het mogelijk om een ​​zogenaamde tunnelsplitsing te maken. Dit gebeurt tussen twee elektrische geleiders, wanneer ze zich op een bepaald punt binnen enkele nanometers van elkaar bevinden. Er kan dan een minuscuul stroompje tussen de twee geleiders vloeien. Omdat de energiestroom erg gevoelig is voor de afstand tussen de geleiders, dit tunneleffect vormt de basis voor allerlei uiterst gevoelige sensoren.

Bellunato:"Dit tunnelknooppunt is niet nieuw. Het is een kwestie van de techniek verfijnen, en dan moet het binnen een jaar of vijf praktische toepassingen hebben." De onconventionele techniek die hij ontwikkelde zal niet primair worden gebruikt in consumentenproducten, hij verwacht, maar eerder in geavanceerde onderzoeksinstrumenten.