Sovrapposizione di immagini di microscopia a falsi colori che raffigurano le forme e gli orientamenti reticolari di diversi grani nel grafene.
(PhysOrg.com) -- Una rapida occhiata ai nuovi suggerimenti di ricerca Cornell su trapunte patchwork colorate, ma in realtà sono immagini di grafene:fogli di carbonio dello spessore di un atomo cuciti insieme a interfacce inclinate. I ricercatori hanno svelato sorprendenti, dettagli a risoluzione atomica di come appaiono le "trapunte" di grafene ai confini tra le toppe, e hanno scoperto informazioni chiave sulle proprietà elettriche e meccaniche del grafene.
La collaborazione multidisciplinare Cornell, pubblicazione online il 5 gennaio sulla rivista Natura , si concentra sul grafene, un foglio spesso un atomo di atomi di carbonio legati in un reticolo cristallino come un nido d'ape o un filo di pollo, a causa delle sue proprietà elettriche e del potenziale per migliorare qualsiasi cosa, dalle celle solari agli schermi dei telefoni cellulari. Ma non cresce in fogli perfetti; piuttosto, si sviluppa in pezzi che ricordano trapunte patchwork, dove il reticolo a nido d'ape si incontra imperfettamente e crea anelli di carbonio a cinque o sette membri, piuttosto che i sei perfetti. Dove queste "toppe" si incontrano sono chiamate bordi di grano, e gli scienziati si erano chiesti se questi confini avrebbero consentito alle proprietà speciali di un perfetto cristallo di grafene di trasferirsi a strutture simili a trapunta molto più grandi.
Per studiare il materiale, i ricercatori hanno coltivato membrane di grafene su un substrato di rame (un metodo ideato da un altro gruppo) ma poi hanno concepito un nuovo modo per staccarle come autoportanti, film dello spessore di un atomo. Quindi, con microscopia elettronica a immagini di diffrazione, hanno ripreso il grafene vedendo come gli elettroni rimbalzavano a determinati angoli, e usando un colore per rappresentare quell'angolo. Sovrapponendo colori diversi a seconda di come rimbalzavano gli elettroni, hanno creato un facile, metodo efficiente di imaging dei bordi dei grani di grafene in base al loro orientamento. E come bonus, le loro foto hanno preso una piega artistica, ricordando agli scienziati le trapunte patchwork.
Un altro foglio di grafene con diversi orientamenti del reticolo.
"Non vorrai guardare l'intera trapunta contando ogni filo, "ha detto David Muller, professore di fisica applicata e ingegneristica e condirettore del Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science, che ha condotto il lavoro con Paul McEuen, professore di fisica e direttore dell'Istituto Kavli; e il membro di Kavli Jiwoong Park, professore assistente di chimica e biologia chimica. "Vuoi fare un passo indietro e vedere come appare sul letto. E così abbiamo sviluppato un metodo che filtra le informazioni sui cristalli in modo da non dover contare ogni atomo".
Questo nuovo metodo potrebbe essere applicato ad altri materiali bidimensionali e getta nuova luce sul modo in precedenza misterioso in cui il grafene veniva cucito insieme ai bordi dei grani.
Ulteriori analisi hanno rivelato che la crescita di grani più grandi (chiazze più grandi) non ha migliorato la conduttività elettrica del grafene, come si pensava in precedenza dagli scienziati dei materiali. Piuttosto, sono le impurità che si insinuano nei fogli che fanno fluttuare le proprietà elettriche. Questa intuizione porterà gli scienziati più vicini ai modi migliori per coltivare e utilizzare il grafene.
