(Phys.org) - Enstaka ark med grafen, ett märkligt material som bara är 1 atom tjockt, är 100 gånger mer kemiskt reaktiva än dubbel- eller trippelark, Stanford forskare säger i en ny tidning publicerad online 17 januari i ACS Nano . Förstå grafens kemiska reaktivitet, de säger, är nyckeln till att få detta unika material att fungera.

Grafen är en kycklingtrådliknande struktur av kolatomer. Den mycket ledande, superlätt och superstarkt material har ett löfte för applikationer inom datorer, solenergi och kemisk avkänning. Men materialforskare retar fortfarande ut grafens anmärkningsvärda egenskaper och potentiella användningsområden.

"Målet med grafengemenskapen är att skräddarsy grafens egenskaper, "sade Stanford postdoktor Michael Neumann." De flesta av dessa operationer innebär kemiskt modifiering av materialet, så du måste ha en uppfattning om vad den kemiska reaktiviteten för grafen är och vilka faktorer som påverkar den reaktiviteten. "

Neumann och doktorand Georgi Diankov, båda medlemmarna i David Goldhaber-Gordons fysikforskargrupp, bombarderade enstaka och flera ark grafen med mycket reaktiva väteatomer som genereras i en ström av laddad gas, eller plasma.

När de undersökte grafen i Stanford Nanocharacterization Laboratory, de hittade något överraskande. De enda lagren av grafen var fyllda med etsgropar, som schweizisk ost. Tjockare lager, även 1 atom tjockare, var knappt gropna alls. Etsgropar på de enskilda lagren var fler än 100 till 1.

Groparna orsakas av att kolatomer i grafen reagerar med väteatomer, förmodligen skapar metanmolekyler som lyfter upp och bort från grafenarket. Arken vilar på ett kiseloxid "substrat, "som är en deltagare i etsningsreaktionen. Flerskiktsark är mer skyddade från substratets effekt.

Forskarna märkte också att etskåls etsgropar var cirkulära, medan de få etsgroparna som fanns i tjockare lager var sexkantiga. Varför skillnaden?

"Det korta svaret är, vi vet inte riktigt, "Neumann sa, men han spekulerar i att substratets deltagande i etsreaktionen kan vara orsaken.

Grafen upptäcktes berömd 2004 av forskare i England som använde tejp för att skala av enstaka lager av grafen från större grafitflingor. Diankov och Neumann använde samma teknik för att förbereda grafenprov för sina experiment.

De "exfolierade" grafenarken kan ses med ett enkelt optiskt mikroskop. Skiktad på det grå kiselsubstratet, grafen ser ut som överlappande mörka färgslag.

Diankov är fascinerad av grafens unika egenskaper.

"Jag fascineras av tvådimensionella material-den ovanliga kemin, mekaniska egenskaper, elektroniska egenskaper - och jag vill utforska grafen som ett bra modellsystem, " han sa.

Stanfords faciliteter, som Nanocharacterization Lab, utrustad med nanoskala bildutrustning, göra universitetet "till en av de bästa platserna att göra kemi och fysik på nanoskala, "Sa Diankov.

Nästa, Neumann och Diankov kommer att testa grafenreaktivitet med olika substrat; de hoppas kunna inkludera ett experiment utan substrat alls.

Neumann medger att hans arbete är grundläggande och inte har någon omedelbar effekt på vardagen - men.

"Många nya tekniker beror på forskningsresultat som är några år, eller till och med decennier, tidigare, "Sa Neumann." Vi är ganska långt uppströms. "