La posizione dei difetti è importante per stimare la qualità dei materiali in carbonio e per prevedere le proprietà fisiche e chimiche dei sistemi di grafene.
Una comoda procedura per visualizzare i difetti sugli strati di grafene mappando la superficie dei materiali di carbonio con un agente di contrasto appropriato è stata introdotta da un team di ricercatori dello Zelinsky Institute of Organic Chemistry dell'Accademia Russa delle Scienze (Mosca) coinvolti in un progetto di collaborazione internazionale. Una nuova procedura di tomografia per immagini ha rivelato modelli organizzati di difetti su ampie aree di superfici in carbonio. Diversi tipi di difetti sulla superficie del carbonio possono essere "catturati" e catturati sull'immagine microscopica in pochi minuti. L'articolo che descrive la ricerca è stato pubblicato su Scienze chimiche , il giornale della Royal Society of Chemistry.
Si prevede che il grafene e i relativi materiali 2D diventeranno i composti del secolo. Non è sorprendente:il grafene è estremamente sottile e resistente, e possiede eccezionali caratteristiche elettriche e termiche. L'impatto di un materiale con proprietà così uniche è promettente. Gli scienziati prevedono l'imminente comparsa di nuove applicazioni biomediche, una nuova generazione di materiali intelligenti, conversione della luce altamente efficiente e fotocatalisi rinforzata dal grafene. Però, un ostacolo è che molte proprietà e capacità uniche sono legate solo al grafene perfetto con un numero controllato di difetti. Però, in realtà, la superficie ideale del grafene priva di difetti è difficile da preparare, e i difetti possono avere varie dimensioni e forme. Inoltre, il comportamento dinamico e le fluttuazioni rendono i difetti difficili da individuare. Il processo di scansione di ampie aree di fogli di grafene per scoprire le posizioni dei difetti e stimare la qualità del materiale è un compito che richiede tempo, ed esiste una mancanza di semplici metodi diretti per catturare e visualizzare i difetti sulla superficie del carbonio.
Un progetto di ricerca congiunto condotto da Ananikov e collaboratori ha rivelato uno specifico agente di contrasto, il complesso di palladio solubile, che si attacca selettivamente alle aree difettose sulla superficie dei materiali di carbonio. L'attaccamento del Pd porta alla formazione di nanoparticelle, che può essere facilmente rilevato utilizzando un microscopio elettronico di routine. Più reattivo è il centro di carbonio, più forte è il legame dell'agente di contrasto nella procedura di imaging. Così, centri di reattività e siti di difetti su una superficie di carbonio sono stati mappati in uno spazio tridimensionale con alta risoluzione e contrasto eccellente utilizzando una pratica procedura di imaging su nanoscala. La procedura sviluppata ha distinto i difetti del carbonio non solo a causa della differenza nella loro morfologia, ma anche a causa della diversa reattività chimica. Perciò, questo approccio di imaging consente di visualizzare la reattività chimica con risoluzione spaziale.
La mappatura dei centri di reattività del carbonio con "marcatori Pd" ha fornito una visione unica della reattività degli strati di grafene. Come rivelato dallo studio, più di 2000 centri reattivi possono essere localizzati per 1 μm 2 della superficie del normale materiale di carbonio. Lo studio ha evidenziato la complessità spaziale del materiale di carbonio su scala nanometrica. La mappatura della densità dei difetti superficiali ha mostrato gradienti e variazioni sostanziali attraverso l'area superficiale, che possono possedere strutture organizzate di difetti.
Applicazione medica dell'imaging (tomografia) per la diagnostica, compreso l'uso di agenti di contrasto per una maggiore precisione e una più facile osservazione, ha dimostrato la sua utilità per molti anni. Il presente studio evidenzia una nuova possibilità nelle applicazioni di tomografia per eseguire la diagnostica dei materiali su scala atomica.
