Air Force Office of Scientific Research (AFOSR), tillsammans med andra finansiärer, hjälpte ett forskarlag från Rice University att göra grafen lämplig för en mängd olika tillämpningar inom organisk kemi - särskilt löftet om avancerade kemiska sensorer, elektroniska kretsar och metamaterial i nanoskala.
Ända sedan University of Manchesters Andre Geim och Konstantin Novoselov fick 2010 års Nobelpris i fysik för sina banbrytande grafenexperiment, det har skett en explosion av grafenrelaterade upptäckter; men experiment med grafen hade pågått i decennier och många ultimata grafenrelaterade genombrott var redan på god väg i olika laboratorier när Nobelkommittén erkände betydelsen av detta nya undermaterial.
Och ett sådant laboratorium var Dr James Tours på Rice, vars team hittade ett sätt att fästa olika organiska molekyler på ark av grafen, vilket gör den lämplig för en rad nya applikationer. Börjar med grafens tvådimensionella bikakegitter av kolatomer i atomskala, Rice-teamet byggde på tidigare upptäckter av grafengemenskapen för att förvandla grafens enarkstruktur till ett supergitter.
Även om kol är en nyckeldel i de flesta organiska kemiska reaktioner, grafen utgör ett problem genom att det spelar en inert roll - reagerar inte på organiska kemiska reaktioner. Rice-teamet löste detta dilemma genom att behandla grafen med väte. Denna klassiska hydreringsprocess omstrukturerade grafenbikakegittret till ett tvådimensionellt, halvledande supergitter som kallas grafan.
Hydreringsprocessen kan sedan skräddarsys för att skapa speciella mönster i supergittret som följs av anslutning av uppdragsspecifika molekyler till var dessa vätemolekyler finns. Dessa uppdragsspecifika molekylära katalysatorer möjliggör möjligheten till en mängd olika funktioner. De kan inte bara användas som grund för att skapa grafenbaserad organisk kemi, men skräddarsydd för elektronik- och optikapplikationer, såväl som nya typer av metamaterial för nanoteknik och högeffektiva termoelektriska enheter och sensorer för olika kemikalier eller patogener. Skönheten med denna process är löftet den har för framtida enheter med förmågan att effektivt utföra en mängd olika mycket sofistikerade funktioner i en liten prisvärd enhet.
Dr Charles Lee, AFOSR-programchefen som finansierade denna forskning, konstaterar att grafenkemi i allmänhet kan möjliggöra smarta material för många speciella tillämpningar och att denna senaste ansträngning i synnerhet kan bidra till framtida elektroniktillämpningar och kan vara ett sätt att komma fram till snabbare och mindre energikrävande elektronik.
