Grafeen is een tweedimensionaal materiaal gemaakt van koolstofatomen gerangschikt in een zeshoekig rooster. Het is een van de sterkste en stijfste materialen die we kennen, en het heeft een uitstekende elektrische en thermische geleidbaarheid. Grafeen is echter ook zeer gevoelig voor defecten, waardoor de eigenschappen ervan aanzienlijk kunnen worden aangetast.

Een type defect dat veel voorkomt in grafeen is het Stone-Wales-defect. Dit defect treedt op wanneer twee koolstofatomen in een grafeenvel 90 graden ten opzichte van elkaar worden gedraaid. Stone-Wales-defecten kunnen op verschillende manieren worden veroorzaakt, waaronder mechanische spanning, thermisch uitgloeien en chemisch etsen.

In een nieuwe studie hebben onderzoekers van de Universiteit van Californië, Berkeley, aangetoond dat Stone-Wales-defecten in sommige gevallen zelfs gunstig kunnen zijn. Door het type en de dichtheid van Stone-Wales-defecten zorgvuldig te controleren, konden de onderzoekers grafeenplaten ontwerpen met verbeterde elektrische en thermische geleidbaarheid.

De onderzoekers gebruikten computersimulaties om de effecten van Stone-Wales-defecten op grafeen te bestuderen. Ze ontdekten dat de defecten nieuwe elektronische toestanden in de grafeenplaat kunnen creëren, waardoor de geleidbaarheid ervan kan verbeteren. Bovendien kunnen de defecten ook fungeren als verstrooiingscentra voor fononen, dit zijn warmtedragende trillingen. Dit kan leiden tot een betere thermische geleidbaarheid.

De onderzoekers zijn van mening dat hun bevindingen kunnen worden gebruikt om op grafeen gebaseerde materialen te ontwerpen met verbeterde eigenschappen voor een verscheidenheid aan toepassingen, zoals elektronische apparaten en thermische beheersystemen.

"We hebben aangetoond dat defecten in Stone-Wales daadwerkelijk gunstig kunnen zijn voor grafeen", zegt hoofdauteur van het onderzoek Dr. Ruoxue Yan. "Door het type en de dichtheid van deze defecten zorgvuldig te controleren, kunnen we grafeenplaten ontwerpen met verbeterde elektrische en thermische geleidbaarheid."

De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.