(PhysOrg.com) -- De anmärkningsvärda egenskaperna hos grafen och teflon har kombinerats i ett nytt material av vinnarna av årets Nobelpris i fysik.
Kostya Novoselov och Andre Geim, arbetar vid University of Manchester, STORBRITANNIEN, första isolerade grafen 2004. Det var en knepig uppgift, som man kan förvänta sig om ett Nobelpris är bland belöningarna, även om det innebar att man använde ödmjuk tejp för att dra bort ytor ett lager i taget. De fann att grafen var den tunnaste och starkaste formen av kol, och att det kunde leda värme bättre än något annat känt material. Som en ledare av elektricitet, den fungerar lika bra som koppar. Deras senaste ansträngningar har lett till ett nytt derivatmaterial som är lika starkt och ännu mer stabilt än det ursprungliga grafenet, men som inte leder elektricitet alls:så kallad fluorografen.
Grafen i sig är ett enda atomlager av materialet grafit, vanligen i pennor. På molekylär nivå, den har en platt bikakestruktur som förbinder hexagoner med kolatomer vid hörnen. Moln av elektroner sprider sig över de övre och undre ytorna, det är därför materialet leder elektricitet så bra.
Manchester-gruppens nuvarande prestation, i nära samarbete med internationella samarbetspartners, är att placera en fluoratom vid varje enskild kolatom, därigenom förstör elektronmolnet och förhindrar elektricitet från att flöda under normala förhållanden, men det påverkar inte kolramverkets strukturella integritet. I tidigare arbeten, de hade tillsatt väteatomer istället för fluor, men fann att det resulterande materialet var instabilt vid höga temperaturer.
Det senaste genombrottet publiceras denna vecka i tidskriften Små . Rahul Raveendran-Nair är doktorandforskare vid University of Manchester och ansvarig för publiceringen. Han beskriver fluorografen som "den tunnaste möjliga isolatorn, tillverkas genom att fästa fluoratomer till var och en av kolatomerna i grafen. Det är det första stökiometriska kemiska derivatet av grafen och det är en halvledare med breda gap. Fluorografen är en mekaniskt stark och kemiskt och termiskt stabil förening. Egenskaperna för det här nya materialet är mycket likt Teflon och vi kallar detta material 2D Teflon."
Att utveckla en lämplig metod för att göra denna 2D Teflon var inte enkelt. "Fluor är ett mycket reaktivt element, och den reagerar med det mesta. Så den stora utmaningen var att helt fluorera grafen utan att skada grafenen och dess stödjande substrat. Vår fluorering av enskiktsgrafenmembran på kemiskt inert stödgaller och bulkgrafenpapper vid förhöjd temperatur övervinner detta tekniska problem, ” förklarar Raveendran-Nair.
Författarna tänker sig att fluorografen kommer att användas i elektronik, men erkänn att "för realistiska elektroniska tillämpningar måste den elektroniska kvaliteten förbättras. Vi hoppas att detta kan uppnås mycket snart. Några möjliga elektroniska tillämpningar av fluorografen är dess användning som en tunnelbarriär och som en högkvalitativ isolator eller barriärmaterial för organisk elektronik.” Andra användningsområden är också möjliga. Till exempel, som en halvledare med breda gap som är helt transparent för synligt ljus, fluorografen skulle mycket väl kunna användas i lysdioder (ljusemitterande dioder) och displayer.
Manchester-gruppen var inte den enda inblandade, och medarbetare från Kina (Shenyang National Laboratory for Materials Science), Nederländerna (Radboud University of Nijmegen), Polen (Institutet för elektronisk materialteknik), och Ryssland (Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry) lade till sin expertis. Enligt Raveendran-Nair, att ha ett så stort team hjälpte till att genomföra en grundlig undersökning av fluorografen; "Vi har alla arbetat mycket hårt för att göra det här projektet framgångsrikt. Vi använde en mängd olika karaktäriseringstekniker och mycket detaljerade studier för att förstå egenskaperna hos detta nya material."
Under projektets gång utsågs ledarna till Nobelpristagare, men uppenbarligen har livet i gruppen inte förändrats särskilt mycket. "Även i sitt nya hektiska liv arbetar båda professorerna fortfarande mycket nära alla i gruppen och är mycket involverade i den dagliga forskningen", säger Raveendran-Nair. "Att arbeta under dem är en stor inspiration. Det är både en givande och trevlig plats att forska på."
