Grafen är ett tvådimensionellt underverk som har föreslagits för ett brett spektrum av tillämpningar inom energi, teknik, konstruktion och mer sedan det först isolerades från grafit 2004.
Detta enda lager av kolatomer är tufft men ändå flexibelt, lätt men med hög resistans, med grafen som beräknas vara 200 gånger mer motståndskraftig än stål och fem gånger lättare än aluminium.
Grafen kan låta perfekt, men det är det bokstavligen inte. Isolerade prover av denna 2D-allotrop är inte helt plana, med ytan krusad. Grafen kan också ha strukturella defekter som i vissa fall kan vara skadliga för dess funktion och i andra fall kan vara väsentliga för den valda tillämpningen. Det betyder att den kontrollerade implementeringen av defekter kan möjliggöra finjustering av de önskade egenskaperna hos tvådimensionella grafenkristaller.
I en ny artikel i The European Physical Journal D , Milivoje Hadžijojić och Marko Ćosić, båda vid Vinča Institute of Nuclear Sciences, University of Belgrad, Serbien, undersöker regnbågsspridningen av fotoner som passerar genom grafen och hur den avslöjar strukturen och ofullkomligheterna hos detta underverk.
Även om det finns andra sätt att undersöka grafens brister, har dessa nackdelar. Ramanspektroskopi kan till exempel inte särskilja vissa defekttyper, medan högupplöst transmissionselektronmikroskopi kan karakterisera kristallstrukturdefekter med enastående upplösning, men de energiska elektronerna som den använder kan försämra kristallgittret.
"Regnbågseffekten är inte så sällsynt i naturen. Den upptäcktes även vid spridning av atomer och molekyler. Den upptäcktes i jonspridningsexperiment på tunna kristaller. Vi har teoretiskt studerat en spridning av lågenergiprotoner på grafen och visat att regnbågseffekten uppstår också i denna process, säger Hadžijojić. "Dessutom har vi visat att grafenstruktur och termiska vibrationer kan studeras via protonregnbågsspridningseffekt."
Med hjälp av en process som kallas regnbågsspridning, observerade duon diffraktionen de tog när denna passerade genom grafenet och "regnbågsmönstret" som skapades.
Genom att karakterisera diffraktionsmönstret fann forskarna att perfekt grafen gav ett regnbågsmönster där mittdelen var en enkel linje med den inre delen som visar ett mönster med hexagonal symmetri, en symmetri som saknades i imperfekt grafen.
Forskarna drog också slutsatsen att specifika defekttyper producerar sina egna distinkta regnbågsmönster, och detta kan användas i framtida forskning för att identifiera och karakterisera defekttyper i ett grafenprov.
"Vårt tillvägagångssätt är ganska unikt och kan potentiellt fungera som en användbar komplementär karakteriseringsteknik för grafen och liknande tvådimensionella material," säger Hadžijojić.
Mer information: M. Hadžijojić et al, Study of graphene by proton rainbow scattering, The European Physical Journal D (2023). DOI:10.1140/epjd/s10053-023-00664-y
Journalinformation: European Physical Journal D
Tillhandahålls av Springer
