Grafen anses vara ett av de mest lovande nya materialen. Dock, den systematiska insättningen av kemiskt bundna atomer och molekyler för att kontrollera dess egenskaper är fortfarande en stor utmaning. Nu, för första gången, forskare vid Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, universitetet i Wien, Freie Universität Berlin och University Yachay Tech i Ecuador lyckades exakt verifiera det spektrala fingeravtrycket för sådana föreningar i både teori och experiment. Deras resultat publiceras i den vetenskapliga tidskriften Naturkommunikation .

Tvådimensionell grafen består av enkla lager av kolatomer och uppvisar spännande egenskaper. Det transparenta materialet leder elektricitet och värme extremt bra. Den är samtidigt flexibel och solid. Dessutom, den elektriska ledningsförmågan kan varieras kontinuerligt mellan en metall och en halvledare genom, t.ex., att infoga kemiskt bundna atomer och molekyler i grafenstrukturen – de så kallade funktionella grupperna. Dessa unika egenskaper erbjuder ett brett utbud av framtida tillämpningar som t.ex. för nyutveckling inom optoelektronik eller ultrasnabba komponenter inom halvledarindustrin. Dock, en framgångsrik användning av grafen i halvledarindustrin kan endast uppnås om egenskaper som ledningsförmågan, storleken och defekterna av grafenstrukturen som induceras av de funktionella grupperna kan redan moduleras under syntesen av grafen.

I ett internationellt samarbete åstadkom forskare under ledning av Andreas Hirsch från Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg i nära samarbete med Thomas Pichler från universitetet i Wien ett avgörande genombrott:med den senares nyutvecklade experimentupplägg kunde de identifiera, för första gången, vibrationsspektra som de specifika fingeravtrycken av steg-för-steg kemiskt modifierad grafen med hjälp av ljusspridning. Denna spektrala signatur, vilket också var teoretiskt intygat, gör det möjligt att bestämma typen och antalet funktionella grupper på ett snabbt och exakt sätt. Bland reaktionerna de undersökte, var den kemiska bindningen av väte till grafen. Detta genomfördes genom en kontrollerad kemisk reaktion mellan vatten och särskilda föreningar där joner infogas i grafit, en kristallin form av kol.

Ytterligare fördelar

"Denna metod för in-situ Raman-spektroskopi är en mycket effektiv teknik som gör det möjligt att kontrollera funktionen av grafen på ett snabbt, kontaktfritt och omfattande sätt redan under tillverkningen av materialet, " säger J. Chacon från Yachay Tech, en av de två huvudförfattarna till studien. Detta möjliggör produktion av skräddarsydda grafenbaserade material med kontrollerade elektroniska transportegenskaper och deras användning i halvledarindustrin.