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Graphen repariert Löcher, indem es sich selbst wieder zusammenstrickt, sagen Physiker
Die Graphen-Revolution steht vor der Tür. Glaubt man den Visionären, wird die nächste Generation von mehr oder weniger allem auf diesem Wundermaterial basieren – Sensoren, Aktoren, Transistoren und Informationsprozessoren und so weiter. Es scheint wenig zu geben, was Graphen nicht kann.
Aber es gibt einen Wermutstropfen. Niemand hat bisher herausgefunden, wie man Graphen in großen, zuverlässigen Mengen herstellt oder es in die für die nächste Generation von Geräten notwendigen Formen schnitzt und anbaut.
Das liegt vor allem daran, dass es schwierig ist, etwas in eine Schicht zu bringen, die nur ein einziges Atom dick ist. Aber für Kohlenstoff ist es wegen der Affinität dieses Elements zu anderen Atomen, einschließlich zu sich selbst, umso schwieriger. Ein Carbonblatt wird sich glücklich zusammenrollen und eine Röhre oder eine Kugel oder eine exotischere Form bilden. Es reagiert auch mit anderen Atomen in der Nähe, was das Wachstum verhindert und sogar Graphen zerreißen kann.
Ein besseres Verständnis der Art und Weise, wie ein Graphenblatt mit sich selbst und seiner Umgebung interagiert, ist daher entscheidend, wenn Physiker dieses Zeug jemals zähmen wollen.
Betreten Sie Konstantin Novoselov von der University of Manchester und ein paar Freunde, die mehr als ein paar Stunden damit verbracht haben, Graphenplatten durch ein Elektronenmikroskop anzustarren, um zu sehen, wie es sich verhält.
Heute sagen diese Leute, sie hätten herausgefunden, warum Graphen so unberechenbar erscheint. Es stellt sich heraus, dass sich das Material automatisch wieder zusammenfügt, wenn Sie ein Loch in Graphen machen.
Novoselov und Co. machten ihre Entdeckung, indem sie mit einem Elektronenstrahl winzige Löcher in eine Graphenschicht ätzten und mit einem Elektronenmikroskop beobachteten, was als nächstes passiert. Sie fügten auch einige Atome Palladium oder Nickel hinzu, die die Dissoziation von Kohlenstoffbindungen katalysieren und an den Rändern der Löcher binden, wodurch sie stabil werden.
Sie fanden heraus, dass die Größe der Löcher von der Anzahl der hinzugefügten Metallatome abhängt – mehr Metallatome können größere Löcher stabilisieren.
Aber hier ist das Kuriose. Wenn sie der Mischung auch zusätzliche Kohlenstoffatome hinzufügten, verdrängten diese die Metallatome und knüpften die Löcher wieder zusammen.
Novoselov und Co. sagen, dass die Struktur des reparierten Bereichs von der Form abhängt, in der der Kohlenstoff verfügbar ist. Wenn sie als Kohlenwasserstoff verfügbar sind, neigen die Reparaturen daher dazu, nicht-hexagonale Defekte zu enthalten, bei denen Fremdatome in die Struktur eingedrungen sind.
Aber wenn der Kohlenstoff in reiner Form verfügbar ist, sind die Reparaturen perfekt und bilden makelloses Graphen.
Das ist wichtig, weil es sofort einen Weg vorschlägt, Graphen durch vorsichtiges Einspritzen von Metall- und Kohlenstoffatomen in fast jede Form zu bringen.
Aber es liegen große Herausforderungen vor uns. Eine wichtige Frage ist, wie schnell diese Prozesse ablaufen und ob sie mit der für die Geräteherstellung notwendigen Präzision und Zuverlässigkeit gesteuert werden können.
Novoselov ist auf diesem Gebiet weltweit führend und erhielt 2010 den Nobelpreis für Physik für seine frühen Arbeiten zu Graphen. Er und sein Team sind bestens aufgestellt, um diese und verschiedene damit verbundene Fragen zu lösen.
Aber da die Zukunft des Computings (und fast alles andere) auf dem Spiel steht, wird es sicherlich viele Konkurrenten geben, die ihnen auf den Fersen sind.
Ref: arxiv.org/abs/1207.1487 : Graphen strickt seine Löcher neu