Grafeen is een opwindend nieuw materiaal, dat vanwege zijn uitstekende eigenschappen wordt gekenmerkt als een 'wondermateriaal'. Grafeen kreeg in 2010 veel aandacht toen de Nobelprijs voor de natuurkunde werd toegekend aan onderzoekers die het ontdekten. Grafeen is slechts één atoomlaag dik, waardoor het 's werelds dunste materiaal is. In zijn proefschrift, Vesa-Matti Hiltunen toonde aan dat grafeen met laserlicht kan worden 'gesmeed'. Dit creëert zeer stijve driedimensionale structuren uit grafeen, die mogelijk kan worden gebruikt om snellere en nauwkeurigere mechanische apparaten te maken.

Grafeen heeft een aantal uitstekende eigenschappen, zoals elektrische geleidbaarheid, transparantie en mechanische sterkte. Door deze eigenschappen grafeen is bedoeld om te worden gebruikt in verschillende toepassingen, op het gebied van energieopslag, sensoren of communicatietechnologie.

MSc Vesa-Matti Hiltunen heeft gestudeerd in zijn Ph.D. hoe vorm en eigenschappen van grafeen kunnen worden gewijzigd door het bloot te stellen aan zeer korte maar krachtige laserpulsen. Door de laserpulsen normaal gesproken kan volledig tweedimensionaal grafeen worden gevormd tot driedimensionale structuren.

"We noemen deze methode optisch smeden, omdat het lijkt op hoe plat metaalplaat met een hamer tot driedimensionale vormen kan worden gesmeed. Structuren die zijn gemaakt met behulp van optisch smeden zijn honderden keren hoger dan de dikte van grafeen, maar toch zo klein dat ze er makkelijk in passen, bijvoorbeeld, op een haar, ", zegt Vesa-Matti Hiltunen.

Laserlicht verstevigt grafeen

Apparaten die gemaakt kunnen worden van grafeen zijn, bijvoorbeeld, verschillende sensoren die werken door mechanisch te trillen. Optisch smeden werd ontdekt om grafeen te verstijven zodat het niet zo gemakkelijk buigt. Dit is een interessante observatie, omdat de toename van de buigstijfheid ook de trillingsfrequentie van grafeen verhoogt. Verhoogde frequentie, beurtelings, kan de snelheid en precisie van de apparaten die ervan zijn gemaakt verbeteren.

"Met behulp van optisch smeden konden we structuren maken die tot 10.000 keer stijver zijn dan ongemodificeerd grafeen. Dit is een record voor een materiaal dat zo dun is als dit, ', zegt Hiltunen.

Vorm is het resultaat van veranderingen op atomaire schaal

Tijdens de studie, er werd ontdekt dat optisch smeden roosterdefecten veroorzaakt aan grafeen, d.w.z. de grafeenstructuur breekt af.

Grafeen begint te breken van willekeurige punten. Als grafeen lang genoeg aan het laserlicht wordt blootgesteld, puntachtige defecten vormen lijndefecten, of scheuren. De defecten leiden tot lokale expansie van grafeen, waardoor grafeen uitpuilt tot driedimensionale vormen.

"Het onderzoek heeft veel inzicht gegeven in hoe de vorm van grafeen en zijn eigenschappen kunnen worden veranderd. Een grote kracht van de methode is dat om grafeen te modificeren, er zijn geen complexe processen of chemische behandelingen nodig. Laserlicht is alles wat nodig is, ’ vat Hiltunen samen.