Co z tym grafenem?

Grafen jest prawdopodobnie najczęściej wspominanym w mediach materiałem ostatnich lat. Od roku 2010, w którym Andre Geim i Konstantin Novoselov otrzymali nagrodę Nobla za wytworzenie go w laboratorium, mnoży się lista potencjalnych zastosowań tego bądź co bądź niezwykłego materiału. Niestety zarówno badania doświadczalne jak i teoretyczne pokazują, że rewolucja jaką użycie grafenu przeprowadzi w nauce i technologii, może nie być tak spektakularna jak się pierwotnie wydawało. W najbliższym czasie nie zanosi się na detronizację wszechobecnego w elektronice krzemu. Polem do popisu dla grafenu mogą być za to nowoczesne metody doświadczalne, które dzięki jego właściwościom mogą się stać dużo tańsze.

Zniekształcony grafen prototypem elastycznych superkondensatorów

Grafen jest odmianą alotropową węgla. Stanowi pojedynczą warstwę atomów tego pierwiastka tworzących strukturę plastra miodu. Trudno wyobrazić sobie coś bardziej płaskiego niż warstwa pojedynczych atomów, zatem tego rodzaju materiały[1] można opisywać teoretycznie jako dwuwymiarowe. Przez ograniczenie do dwóch wymiarów, zachowanie elektronów wewnątrz grafenu, jak i cząstek oddziałujących z nim mocno różni się od tego w konwencjonalnych, trójwymiarowych strukturach. Ponadto, grafen jest niesamowicie wytrzymały, wielokrotnie przewyższa wytrzymałością na rozciąganie stal konstrukcyjną. Ta właściwość w połączeniu z dosyć wysokim współczynnikiem transmisji dla promieniowania rentgenowskiego oraz fotoelektronów okazała się bardzo przydatna w badaniach metodą XPS (X-ray photoemission spectroscopy).

XPS jest jedną z technik spektroskopii elektronowej. Polega na bombardowaniu próbek promieniowaniem X i analizie energii oraz liczby elektronów z niej wybitych. Technika ta pozwala dokładnie zbadać skład oraz strukturę elektronową badanych substancji. Jako, że fotoelektrony i fotony X oddziałują z powietrzem, badania XPS muszą być przeprowadzane w warunkach ultra wysokiej próżni (UHV- Ultra high vacuum). Chcąc jednak badać próbki, które muszą być utrzymywane w cieczach lub odpowiednio wysokim ciśnieniu, naukowcy potrzebowali czegoś w rodzaju okna, które zatrzyma gazy wywierające nań ciśnienie jednej atmosfery i przepuści promieniowanie oraz elektrony. Kolaboracja naukowców z NST (National Institute of Standards and Technology), włoskiego laboratorium ELETTRA i Politechniki w Monachium poskutkowała publikacją[2]Nanoscale, w której naukowcy przekonują, że dane XPS otrzymane przy zastosowaniu grafenu w roli opisanego wyżej okna prezentują zadowalającą jakość. Autorzy twierdzą, że taki sposób przeprowadzania badań obniży ich koszt i umożliwi większej ilości grup badawczych użycie tej odmiany spektroskopii elektronowej do dokładnego poznania struktury próbek, które analizują.

Taka metoda badań XPS nie jest jeszcze doskonała. Długie naświetlanie promieniami X prowadzi do stopniowej degradacji grafenowej membrany, a połączenie jej z resztą aparatury sprawia wiele trudności. Mimo to, takie zastosowanie grafenu jest bardzo obiecujące i przybliża go do zostania jednym z najważniejszych materiałów XXI w.

  1. Otrzymywane są także pojedyncze warstwy atomowe innych pierwiastków, m.in.: krzemu, boru i fosforu.
  2. J. Kraus, R. Reichelt, S. Günther, L. Gregoratti, M. Amati, M. Kiskinova, A. Yulaev, I. Vlassiouk, and A. Kolmakov. Photoelectron spectroscopy of wet and gaseous samples through graphene membranes. Nanoscale. Published online Sept. 22, 2014
  3. http://www.technology.org/2014/12/23/graphene-offers-x-ray-photoelectron-spectroscopy-window-opportunity/

Opracował: Szczepan Głodzik

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*