Ett team av forskare vid Center for Multidimensional Carbon Materials, inom Institutet för grundläggande vetenskap (IBS) har för första gången mätt och kontrollerat temperaturen på enskilda grafenbubblor med en enda laserstråle. Studien finns nu tillgänglig från kl Fysiska granskningsbrev .

Den mycket elastiska och flexibla karaktären hos grafen möjliggör skapandet av stabila stora bubblor, på ett mer eller mindre kontrollerat sätt. Töjningen och krökningen som introduceras av bubblorna är känd för att ställa in elektroniken, kemisk, och mekaniska egenskaper hos detta material. Rent generellt, grafenbubblor är mer reaktiva än platt grafen, så de kan vara mer benägna att dekoreras med kemiska grupper. Bubblor kan fungera som små, stängda reaktorer, och deras böjda yta kan ge en linseffekt. Att förstå hur temperaturen varierar inom bubblor är en viktig faktor för flera applikationer.

"Om du tror att kemiska reaktioner kan utföras inuti bubblan eller på ytan av varje grafenbubbla, att ändra temperaturfördelningen i en bubbla kommer att avsevärt påverka reaktioner som äger rum, säger Yuan Huang, studiens första författare.

I den här studien, bubblor bildas vid gränsytan mellan ett grafenark och ett kiseldioxid (SiO2/Si) substrat det ligger på. SiO2-ytan drar till sig några molekyler som avdunstar när de värms upp, skapa bubblor.

Som också förutspåtts av teamets teoretiker, Xiao Wang och Feng Ding, temperaturen pendlar med bubbelhöjden. Även om varje bubbla bara är flera mikrometer i bredd och ungefär en mikrometer hög, forskarna kunde upptäcka en variation i temperatur, inte bara mellan mitten och kanterna, men också på olika höjder av bubblan.

När en grafenbubbla belyses med en laserstråle, infallande och reflekterade strålar överlappar varandra och bildar en optisk stående våg på ytan. Att öka lasereffekten har effekten av att selektivt värma specifika delar av bubblan, som motsvarar den maximala störningen av den stående optiska vågen. IBS-forskare upptäckte lokala temperaturförändringar inom varje bubbla med hjälp av Raman-spektroskopi, en standardteknik för att mäta grafenegenskaper och morfologi.

"Stående vågor nära ytor har ignorerats under lång tid och har endast sällan observerats på ett direkt sätt. Resultaten är överraskande. Laserstrålen kan effektivt värma grafen, och vi kan bestämma värmeledningsförmågan i grafenbubblor från dess temperaturfördelning, " förklarar Wolfgang Bacsa, en av medlemmarna i laget, och gästforskare från CEMES-CNRS och University of Toulouse i Frankrike.

"Dessa resultat bekräftar den höga värmeledningsförmågan hos grafen som tidigare uppmätts, demonstrera den utmärkta vidhäftningen runt omkretsen av grafenbubblan, och ge nya perspektiv på hur man värmer grafenbubblor på specifika platser, avslutar Rod Ruoff, medförfattare och chef för Center for Multidimensional Carbon Materials. "Ju mer vi vet om de fysikaliska egenskaperna hos grafenbubblor, desto mer kan vi kanske använda dem på olika sätt."

Till exempel, en spännande applikation kan vara skapandet av grafenark med cirkulära hål, som ett "prickigt" mönster. Eftersom överhettning av bubblorna får dem att spricka, porerna dekorerade med specifika kemiska grupper skulle kunna fungera som molekylärselektiva filter. Grafens unika egenskaper slutar aldrig att förvåna.