Placering av defekter är viktigt för att uppskatta kvaliteten på kolmaterial och för att förutsäga fysikaliska och kemiska egenskaper hos grafensystem.
En bekväm procedur för att visualisera defekter på grafenskikt genom att kartlägga ytan av kolmaterial med ett lämpligt kontrastmedel introducerades av ett team av forskare från Zelinsky Institute of Organic Chemistry vid Ryska Vetenskapsakademin (Moskva) involverade i ett internationellt samarbetsprojekt. En ny bildtomografiprocedur har avslöjat organiserade mönster av defekter på stora ytor av kol. Flera typer av defekter på kolytan kan "fångas" och fångas på den mikroskopiska bilden inom några minuter. Artikeln som beskriver forskningen publicerades i Kemivetenskap , tidskriften för Royal Society of Chemistry.
Grafen och relaterade 2D-material förväntas bli århundradets föreningar. Det är inte förvånande - grafen är extremt tunn och stark, och den har enastående elektriska och termiska egenskaper. Effekten av ett material med så unika egenskaper är lovande. Forskare förutser det nära förestående uppkomsten av nya biomedicinska tillämpningar, en ny generation smarta material, högeffektiv ljusomvandling och fotokatalys förstärkt av grafen. Dock, en stötesten är att många unika egenskaper och förmågor endast är relaterade till perfekt grafen med ett kontrollerat antal defekter. Dock, i verkligheten, idealisk defektfri grafenyta är svår att förbereda, och defekter kan ha olika storlekar och former. Dessutom, dynamiskt beteende och fluktuationer gör defekterna svåra att lokalisera. Processen att skanna stora ytor av grafenark för att upptäcka defekter och för att uppskatta kvaliteten på materialet är en tidskrävande uppgift, och det finns en brist på enkla direkta metoder för att fånga och visualisera defekter på kolytan.
Ett gemensamt forskningsprojekt utfört av Ananikov och medarbetare avslöjade ett specifikt kontrastmedel – lösligt palladiumkomplex – som selektivt fäster på defekta områden på ytan av kolmaterial. Pd-bindning leder till bildning av nanopartiklar, som lätt kan detekteras med ett rutinmässigt elektronmikroskop. Ju mer reaktivt kolcentrumet är, desto starkare är bindningen av kontrastmedlet vid bildbehandlingen. Således, reaktivitetscentra och defektplatser på en kolyta kartlades i tredimensionellt utrymme med hög upplösning och utmärkt kontrast med hjälp av en praktisk nanoskala avbildningsprocedur. Den utvecklade proceduren särskiljde koldefekter inte bara på grund av skillnader i deras morfologi, men också på grund av varierande kemisk reaktivitet. Därför, denna avbildningsmetod gör att den kemiska reaktiviteten kan visualiseras med rumslig upplösning.
Kartläggning av kolreaktivitetscentra med "Pd-markörer" gav unik insikt i grafenlagrens reaktivitet. Som framgår av studien, mer än 2000 reaktiva centra kan lokaliseras per 1 μm 2 av ytan av vanligt kolmaterial. Studien påpekade den rumsliga komplexiteten hos kolmaterialet på nanoskala. Kartläggning av ytdefektdensitet visade betydande gradienter och variationer över ytan, som kan ha organiserade strukturer av defekter.
Medicinsk tillämpning av avbildning (tomografi) för diagnostik, inklusive användning av kontrastmedel för mer noggrannhet och enklare observation, har bevisat sin användbarhet i många år. Den föreliggande studien belyser en ny möjlighet i tomografiapplikationer att köra diagnostik av material i atomär skala.
