Ученые раздвинули границы электронной микроскопии, чтобы открыть потенциал графена

Электронная микроскопия в Ок-Риджской национальной лаборатории обеспечивает беспрецедентные виды отдельных атомов графена.

Так ученые получают шанс открыть полный потенциал материала для использования в разных сферах, от двигателей внутреннего сгорания до потребительской электроники.

В 2004 году впервые были изолированы кристаллы графена. Они двумерные (толщина равна атому), тяжелее алмаза и намного прочнее стали, обладают беспрецедентной жесткостью, электрическими и тепловыми свойствами. Анализируя конфигурации атомов и связей отдельных графеновых атомов, ученые сумели предложить способы оптимизации материалов, чтобы те больше подходили для определенного применения.

В работе, опубликованной в издании Physical Review Letters, группа ученых из Ок-Риджской национальной лаборатории и университета Вандербильта применила сканирующую трансмиссионную электронную микроскопию с исправленной аберрацией, чтобы исследовать атомную и электронную структуру кремниевых примесей в графене.

«Мы использовали новые экспериментальные и компьютерные инструменты, чтобы выявить параметры связи отдельных примесей в графене. Например, мы можем теперь различать неуглеродные атомы, которые двумерно или трехмерно связаны в графене. Фактически мы, наконец, смогли визуализировать конфигурацию связи, которая была предсказана в 1930-х годах, но никогда не наблюдалась экспериментально», сказал исследователь Хуан-Карлос Идробо. Электроны на орбите вокруг атома делятся на четыре категории — s, p, d и f — на основе факторов, включающих уровни симметрии и энергии.

„Мы заметили, что d-состояния кремния участвуют в связи лишь тогда, когда кремний координирован двумерно“, сказал Идробо. „Есть множество элементов, таких как хром, железо и медь, в которых d-состояния или d-электроны играют ведущую роль в определении того, как элементы связаны в материале“.

Исследуя атомную и электронную структуру графена и определяя любые примеси, ученые способны с большей точностью предсказать, какие именно дополнительные элементы улучшат эффективность материала.

Некоторые изменения химического облика графена способны настроит его так, что он станет более подходящим для множества применений. Например, дополнение одного элемента способно сделать материал лучшей заменой платиновым каталитическим конвертерам в автомобилях, в то время как другое дополнение позволяет ему лучше функционировать в электронных устройствах или в качестве мембраны.

Графен обладает потенциалом для замены внутренних элементов электронных гаджетов, которыми люди пользуются каждый день, и все благодаря способности проводить тепло и электричество, а также оптической прозрачности. Графен предлагает более дешевую и обширную альтернативу индию, ограниченному ресурсу, который широко применяется в прозрачных проводящих покрытиях, представленных в электронных дисплеях, включая цифровые дисплеи в автомобилях, телевизорах, ноутбуках, смартфонах, планшетах и аудиоплейерах.

Исследователи ожидают, что методы отображения, продемонстрированные в лаборатории, будут использоваться для понимания атомного строения и атомных связей и в других двумерных материалах.

16.11.2012