Substratfläche Effekte auf Chemische Eigenschaften von Graphene: Ein Interview mit Prof Michael Strano und Dr. Qing Hua Wang

Prof Michael S. Strano, Charles- und Hilda-Roddey Außerordentlicher Professor der Industriechemie, MIT.

Dr. Qing Hua Wang (Hauptautor), HabilitationsMitarbeiter, Abteilung der Industriechemie, MIT.

Entsprechender Autor: strano@mit.edu

In diesem Vordenkerinterview mit Willen Soutter, befassen sich Prof Michael Strano und Dr. Qing Hua Wang mit ihrer Arbeit über graphene und erklären, wie die Eigenschaften der atomar Dünnschichten des Kohlenstoffes abhängen von, welchem Baumuster des Materials sie ein gelegt werden.

Was ließ Sie dich entscheiden, graphene zu studieren?

Graphene hat so viele interessanten und ungewöhnlichen physikalischen Eigenschaften im Hinblick auf seine elektronischen Transporteigenschaften, mechanische Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Usw. Es ist auch eine lediglich zweidimensionale Substanz, die es eindeutig und unterschiedlich zu herkömmlichen Materialien macht, die ein Äußeres und eine Masse haben. Weil es nur eine starke Atomschicht ist, aber in große Gebiete eher gemacht werden kann, liefert es wirklich interessante Gelegenheiten von einer Materialperspektive und von einer Chemieperspektive.

Können Sie die Ergebnisse Ihrer aktuellen Forschung für uns umreißen?

In unserer aktuellen Arbeit haben wir gefunden, dass die chemischen Eigenschaften von graphene stark durch die Substratfläche beeinflußt werden, auf der sie stillsteht. Das heißt, abhängig von, welchem Material das Grundsubstrat ist, kann die chemische Reaktivität auf der Oberseite von graphene ziemlich drastisch ändern. Der Grund ist, dass graphene so dünn es wird betriebsbereit beeinflußt durch seine Umgebungen ist. Insbesondere wenn aufgeladen werden, Verunreinigungen im Grundsubstrat - das wir steuern können, indem wir die Oberflächenchemie der Substratfläche ändern - sie können Elektronen und Löcher im graphene veranlassen, im graphene zusammen zu bündeln und bilden, was als Elektronloch Pfützen bekannt. Innerhalb dieser Pfützen die so klein wie einige nm wie mehrere Hundert nm herüber oder so groß sein können, kann die lokale chemische Reaktivität der graphenes sehr hoch sein wenn dort viele Elektronen, oder sehr niedrig, wenn es einen Mangel an Elektronen gibt. Sobald wir dieses kennen, können wir Muster auf der Substratfläche über vielen Quadratzentimetern, bevor graphene auf es gelegt wird, zwecks das Niveau von Elektronloch Pfützen steuern wirklich lassen und erzielen folglich genaue räumliche Regelung von chemischen Reaktionen im graphene.

Abbildung 1. (a) einlagiges graphene des Großen Gebiets wird auf eine Substratfläche übertragen, die in wechselnden Regionen von blank SiO (hellblau2 ) und von octadecyltrichlorosilane (orange (OTS)) kopiert wird, das das graphene von belasteten Verunreinigungen im SiO abschirmt, 2 das Elektronloch Pfützen im graphene verursachte. (b) Nach Reaktion mit einem Diazoniumsalz, dem Formulare kovalent Gruppen auf dem graphene befestigten, ist die Reaktion in den Regionen am stärksten, in denen graphene auf SiO stillsteht2. Das Reaktivitätsmuster reflektiert das Anfangssubstratflächenmuster. (c) Raman-Spektroskopie wird verwendet, um den Grad der Reaktion abzubilden, die sich räumlich unterscheidet, indem man das Intensitätsverhältnis der D-Spitze und der G-Spitze aufspürt. Die Streifen im Blau sind die niedrigen Reaktivitätsregionen, in denen graphene auf OTS stillstand, und die Streifen im Rot sind die hohen Reaktivitätsregionen auf SiO2.

Welche Auswirkungen hat dieses für zukünftige graphene Forschung?

Unsere Arbeit und die Arbeit anderer Gruppen hat gezeigt, dass wir große Aufmerksamkeit die Umgebungen der graphenes beachten müssen, weil Materialien oben auf und unter graphene seine elektronischen und chemischen Eigenschaften beträchtlich beeinflussen können. Graphene ist nicht gerade eine einzelne einheitliche Schicht; es kann auf komplexe Arten auf seine Umgebung einwirken. Wir denken, dass dieses neue Bereiche der Forschung erschließen, um die Empfindlichkeit der graphenes in Richtung zu seiner umgebenden Umgebung wirklich zu nutzen.

Gibt es irgendwelche Anwendungen für graphene in den Handelseinheiten, die durch diese neuen Ergebnisse ermöglicht werden?

Diese Forschung wird aktuell ein besseres grundlegendes Verständnis der chemischen Eigenschaften von graphene erhalten angestrebt, aber es gibt wahrscheinliche Auswirkungen für das graphene-basierte Biosensing, weil wir Biomoleküle räumlich kopieren können, ohne neu zu sortieren zu den rauen Methoden, welche die Ätzung oder photolithographie mit einbeziehen. Es gibt auch Auswirkungen für das Hinzufügen von graphene-basierten Beschichtungen einer Vielzahl von Materialien, die dann chemisch functionalized können, zum Beispiel, um Materialien biocompatible zu machen oder Metalle vor Korrosion zu schützen.

Welche Bereiche wird Ihre Forschung in als Nächstes verschieben?

Wir haben einige Bauteile der unserer Gruppe, die graphene studiert, und wir betrachten, wie verschiedene chemische Behandlungen den elektronischen Transport in graphene Einheiten beeinflussen, wie das Verhalten von bilayer graphene vom graphene der monomolekularen Schicht unter verschiedenen chemischen Behandlungen sich unterscheidet und wie graphene und Kohlenstoff nanotubes einwirken, wenn sie in Kontakt auf einander geholt werden. Viel, was wir tun, erforscht die grundlegenden Eigenschaften von graphene und von anderen Nanomaterials, weil es so viele faszinierenden Sachen gibt, zu studieren, aber gleichzeitig uns sind noch Ingenieure und möchten interessante Neuanmeldungen finden.

Wo können Leute mehr über Ihre Arbeit herausfinden?

Unsere aktuellen Ergebnisse werden in der Natur-Chemie, Volumen 4, S. 724-732 veröffentlicht. Unsere anderen Veröffentlichungen können aufgeführt gefunden werden auf der Strano-Gruppenwebsite.


Date Added: Sep 10, 2012 | Updated: Sep 13, 2012

Last Update: 13. September 2012 12:22

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