Un team di ricercatori del Center for Multidimensional Carbon Materials, all'interno dell'Istituto per le scienze di base (IBS) hanno misurato e controllato per la prima volta la temperatura delle singole bolle di grafene con un singolo raggio laser. Lo studio è ora disponibile da Lettere di revisione fisica .

La natura altamente elastica e flessibile del grafene consente la creazione di grandi bolle stabili, in modo più o meno controllato. La deformazione e la curvatura introdotte dalle bolle sono note per sintonizzare l'elettronica, chimico, e proprietà meccaniche di questo materiale. In genere, le bolle di grafene sono più reattive del grafene piatto, quindi potrebbero essere più inclini a essere decorati con gruppi chimici. Le bolle potrebbero servire come minuscole, reattori chiusi, e la loro superficie curva potrebbe fornire un effetto lente. Comprendere come varia la temperatura all'interno delle bolle è un fattore importante per diverse applicazioni.

"Se pensi che le reazioni chimiche possano avvenire all'interno della bolla o sulla superficie di ogni bolla di grafene, quindi la modifica della distribuzione della temperatura in una bolla influenzerà significativamente le reazioni che si verificano, "dice Yuan Huang, il primo autore dello studio.

In questo studio, le bolle si formano all'interfaccia tra un foglio di grafene e un substrato di silice (SiO2/Si) su cui giace. La superficie di SiO2 attrae alcune molecole che evaporano quando vengono riscaldate, creazione di bolle.

Come previsto anche dai teorici del team, Xiao Wang e Feng Ding, la temperatura oscilla con l'altezza della bolla. Sebbene ogni bolla sia larga solo alcuni micrometri e alta circa un micrometro, gli scienziati potrebbero rilevare una variazione di temperatura, non solo tra il centro e i bordi, ma anche a diverse altezze della bolla.

Quando una bolla di grafene viene illuminata con un raggio laser, raggi incidente e riflesso si sovrappongono formando un'onda ottica stazionaria sulla superficie. L'aumento della potenza del laser ha l'effetto di riscaldare selettivamente regioni specifiche della bolla, che corrispondono alla massima interferenza dell'onda ottica stazionaria. Gli scienziati dell'IBS hanno rilevato cambiamenti locali di temperatura all'interno di ciascuna bolla utilizzando la spettroscopia Raman, una tecnica standard per misurare le caratteristiche e la morfologia del grafene.

"Le onde stazionarie vicino alle superfici sono state ignorate per molto tempo e solo raramente sono state osservate in modo diretto. I risultati sono sorprendenti. Il raggio laser può riscaldare efficacemente il grafene, e possiamo determinare la conduttività termica nelle bolle di grafene dalla sua distribuzione della temperatura, " spiega Wolfgang Bacsa, uno dei membri della squadra, e visiting scientist dal CEMES-CNRS e dall'Università di Tolosa in Francia.

"Questi risultati confermano l'elevata conducibilità termica del grafene misurata in precedenza, dimostrare l'eccellente adesione attorno al perimetro della bolla di grafene, e fornire nuove prospettive su come riscaldare le bolle di grafene in luoghi specifici, " conclude Rod Ruoff, coautore e direttore del Center for Multidimensional Carbon Materials. "Più sappiamo sulle proprietà fisiche delle bolle di grafene, più potremmo essere in grado di usarli in modi diversi."

Per esempio, un'applicazione intrigante potrebbe essere la creazione di fogli di grafene con fori circolari, come un motivo "a pois". Poiché il surriscaldamento delle bolle le fa scoppiare, i pori decorati con specifici gruppi chimici potrebbero funzionare come filtri selettivi molecolari. Le proprietà uniche del grafene non smettono mai di stupire.