Ett överlägg med falsk färgmikroskopi som visar formerna och gitterorienteringarna för flera korn i grafen.
(PhysOrg.com) -- En snabb titt på nya Cornell-forskningstips om färgglada lapptäcken, men de är faktiskt bilder av grafen -- en atomtjocka ark av kol sytt ihop vid lutande gränssnitt. Forskare har avslöjat slående, atomupplösning detaljer om hur grafen "täcken" ser ut vid gränserna mellan fläckar, och har avslöjat viktiga insikter om grafens elektriska och mekaniska egenskaper.
Det multidisciplinära Cornell-samarbetet, publicerar online 5 januari i tidskriften Natur , fokuserar på grafen - ett enatomtjockt ark av kolatomer bundna i ett kristallgitter som en bikaka eller kycklingtråd - på grund av dess elektriska egenskaper och potential att förbättra allt från solceller till mobiltelefonskärmar. Men det växer inte i perfekta ark; snarare, det utvecklas i bitar som liknar lapptäcken, där bikakegittret möts ofullständigt och skapar fem- eller sju-ledade kolringar, snarare än den perfekta sexan. Där dessa "lappar" möts kallas korngränser, och forskare hade undrat om dessa gränser skulle tillåta de speciella egenskaperna hos en perfekt grafenkristall att överföras till de mycket större täckeliknande strukturerna.
För att studera materialet, forskarna odlade grafenmembran på ett kopparsubstrat (en metod utarbetad av en annan grupp) men tänkte sedan på ett nytt sätt att skala av dem som fristående, atomtjocka filmer. Sedan, med diffraktionsavbildning elektronmikroskopi, de avbildade grafenet genom att se hur elektroner studsade av i vissa vinklar, och använda en färg för att representera den vinkeln. Genom att lägga över olika färger beroende på hur elektronerna studsade, de skapade en enkel, effektiv metod för att avbilda grafenkorngränserna enligt deras orientering. Och som en bonus, deras bilder tog en konstnärlig vändning, påminner forskarna om lapptäcken.
Ytterligare ett grafenark med olika gitterorientering.
"Du vill inte titta på hela täcket genom att räkna varje tråd, sa David Muller, professor i tillämpad och teknisk fysik och meddirektör för Kavli-institutet vid Cornell for Nanoscale Science, som ledde arbetet med Paul McEuen, professor i fysik och föreståndare för Kavli-institutet; och Kavli-medlemmen Jiwoong Park, biträdande professor i kemi och kemisk biologi. "Du vill stå tillbaka och se hur det ser ut på sängen. Och så utvecklade vi en metod som filtrerar bort kristallinformationen på ett sätt så att du inte behöver räkna varje atom."
Denna nya metod skulle kunna tillämpas på andra tvådimensionella material och kastar nytt ljus över det tidigare mystiska sättet som grafen syddes ihop vid korngränser.
Ytterligare analys visade att växande större korn (större fläckar) inte förbättrade grafenens elektriska ledningsförmåga, som materialforskare tidigare trodde. Snarare, det är föroreningar som smyger in i arken som gör att de elektriska egenskaperna fluktuerar. Denna insikt kommer att leda forskare närmare de bästa sätten att växa och använda grafen.
