Northwesterni Ülikooli teadlased töötasid välja uue viisi grafeeni keemiliseks muutmiseks – samm, mis võib meid viia lähemale kiiremate, õhemate ning painduvate elektroonikaseadmeteni.
Oksüdeerimata grafeeni pulber.
Enne grafeeni imeliste omaduste reaalset rakendamist peavad teadlased õppima, kuidas selle elektrilisi omadusi kontrollida. Erinevalt sellistest pooljuhtidest nagu on räni, puudub grafeenil keelutsoo, muutes materjalist läbi mineva elektrivoolu väljalülitamise keeruliseks. Seetõttu pole puhas grafeen digitaalsetes vooluringides kasutamiseks sobiv, kirjutab Physorg.com.
Antud probleemi ületamiseks ning grafeeni funktsionaalsemaks muutmiseks töötavad teadlased üle kogu maailma selle nimel, et uurida selle keemilise muutmise võimalusi. Kõige paljulubavamaks strateegiaks on hetkel nn Hummersi meetod – protsess, mis töötati välja juba 1940ndal aastal ning mille abil saab grafeeni oksüdeerida. See meetod tugineb aga tugevatel hapetel, mis kahjustavad pöördumatult ka grafeenvõrestikku ennast.
Northwesterni Ülikooli teadlased töötasid aga hiljuti välja uue meetodi, mille abil saab grafeeni oksüdeerida ilma selle struktuuri kahjustamata. Lisaks on väljatöötatud protsess ka pööratav, mis võimaldab selle keemiliselt töödeldud materjali üle suuremat kontrolli.
,,Keemiliste reaktsioonide läbiviimine grafeenil on äärmiselt keeruline,” sõnas Mark C. Hersam, NW Ülikooli materjali- ja inseneriteaduse professor. ,,Tavaliselt kasutavad teadlased agresiivseid happelisi tingimusi – näiteks nagu need, mida kasutatakse Hummersi meetodis -, mis viivad aga võrestiku sellise kahjustamiseni ning annavad tulemuseks materjali, mida on raske kontrollida.”
,,Meie meetodis on saadav grafeenoksiid aga keemiliselt homogeenne ning pööratav, andes hästikontrollitavad omadused, mida saab kergesti kasutada kõrgtehnoloogilistes rakendustes,” lausus Hersam.
Grafeenoksiidi valmistamiseks lisasid teadlased ülikõrge vaakumiga kambrisse esmalt hapnikugaasi (O2). Kambri sees olev volframist kütteniit kuumutati 1500 C-ni, tänu millele lahknesid hapniku molekulid hapniku aatomiteks. Seejärel sisenesid keemiliselt väga aktiivsed hapniku aatomid ühtlaselt grafeenvõrestikku.
Tulemuseks saadud materjal on keemiliselt väga homogeenne. Spektroskoopilised mõõtmised näitavad, et grafeeni elektrilised omadused sõltuvad hapnikuga kattuvusest, viidates faktile, et antud protsessi abil saab grafeenipõhiste seadmete omadusi kontrollida. ,,Pole selge, kas antud uurimustööl kohe üleöö päriselulistele rakendustele mingi mõju on,” ütles Hersam. ,,Siiski paistab see olevat samm õiges suunas.”
Järgnevalt kavatsevad uurimuse läbi viinud teadlased uurida teisi viise grafeeni keemiliseks modifitseerimiseks, et töötada välja suurem valik materjale – paljuski nii, nagu tehti eelmisel sajandi plastmaterjalidega.
,,Võib-olla ei ole hapnikust küllalt. Läbi keemilise modifitseerimise on teadlased töötanud välja suurel hulgal polümeere, alustades tugevate plastmassidega ja lõpetades nailoniga. Me loodame grafeeniga viia läbi sarnase modifitseerimise,” võttis Hersam asja kokku.
Teadusartikkel: “Chemically Homogeneous and Thermally Reversible Oxidation of Epitaxial Graphene“
Leave a Reply