Grafeen bestaat uit een enkele laag koolstofatomen. Uitzonderlijke elektronische, thermisch, mechanisch, en optische eigenschappen hebben van grafeen op dit moment een van de meest bestudeerde materialen gemaakt. Voor veel toepassingen in de elektronica en energietechniek, echter, grafeen moet worden gecombineerd met andere materialen. Omdat grafeen zo dun is, zijn eigenschappen veranderen drastisch wanneer andere materialen er direct mee in contact komen.

Echter, grafeen combineren met andere materialen op moleculair niveau is moeilijk. De manier waarop grafeen interageert met andere materialen hangt niet alleen af ​​van het materiaal dat je kiest, maar ook over hoe deze materialen in contact worden gebracht met het grafeen. In plaats van een afgewerkte materiaallaag op het grafeen te plakken, de juiste atomen worden zodanig met het grafeen in contact gebracht dat ze op het grafeen "groeien" in de gewenste kristalstructuur.

Tot nu toe zijn de mechanismen van de groei van andere materialen op grafeen vaak onduidelijk gebleven. Een nieuwe gezamenlijke studie door onderzoeksteams van de Tu Wien en de Universiteit van Wenen observeert nu voor het eerst hoe indiumoxide groeit op grafeen. De combinatie van indiumoxide met grafeen is belangrijk, bijvoorbeeld voor displays en sensoren. De resultaten zijn nu gepresenteerd in het wetenschappelijke tijdschrift Geavanceerde functionele materialen .

Grafeen pizza

"Net als bij een pizza, grafeentechnologie is niet alleen afhankelijk van de grafeenpizzabodem, maar ook van de toppings, " legt Bernhard C. Bayer van het Institute of Materials Chemistry van de TU Wien uit, die de studie leidde. "Hoe deze toppings op het grafeen worden aangebracht, echter, cruciaal."

In de meeste gevallen, atomen in gasvormige toestand worden gecondenseerd op het grafeen. In het geval van indiumoxide, dit zijn indium en zuurstof. "Maar er zijn veel parameters zoals achtergronddruk, temperatuur of de snelheid waarmee deze atomen op het grafeen worden gericht die het resultaat drastisch beïnvloeden, ", zegt Bernhard Bayer. "Het is daarom belangrijk om een ​​fundamenteel begrip te ontwikkelen van de chemische en fysische processen die daadwerkelijk plaatsvinden. Maar om dit te doen, je moet het groeiproces in de gaten houden terwijl het vordert. "

Dit is precies waar het onderzoeksteam nu in is geslaagd:voor het eerst de afzonderlijke stappen van het groeien van indiumoxide op grafeen werden waargenomen in de elektronenmicroscoop met atomaire resolutie.

Willekeurig verdeeld of perfect uitgelijnd

"Wat voor ons bijzonder interessant was, was de observatie dat, afhankelijk van de achtergronddruk, de indiumoxidekristallieten rangschikken zich ofwel willekeurig op het kristalrooster van het grafeen of klikken perfect op elkaar zoals Legoblokjes. Dit verschil in opstelling kan een grote impact hebben op de toepassingseigenschappen van de gecombineerde materialen, " zegt Kenan Elibol, eerste auteur van de studie. De nieuwe bevindingen zullen nuttig zijn om de integratie van grafeen met andere materialen voorspelbaarder en beheersbaarder te maken met betrekking tot toekomstige toepassingsvereisten.