p Imagens de microscopia de cores falsas mostram exemplos de grafeno crescido lentamente, resultando em grandes remendos com costura ruim, e o grafeno cresceu mais rapidamente, resultando em patches menores com costura mais apertada e melhor desempenho. (Laboratório Muller)
p (Phys.org) - Semelhante a como pontos mais apertados fazem uma colcha de melhor qualidade, a "costura" entre os cristais individuais de grafeno afeta o quão bem essas monocamadas de carbono conduzem eletricidade e retêm sua força, Relatório dos pesquisadores da Cornell. p A qualidade dessa "costura" - os limites nos quais os cristais de grafeno crescem juntos e formam folhas - é tão importante quanto o tamanho dos próprios cristais, que os cientistas pensavam anteriormente que era a chave para fazer melhor grafeno.
p Os pesquisadores, liderado por Jiwoong Park, professor assistente de química e biologia química e membro do Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science, usou técnicas avançadas de medição e imagem para fazer essas afirmações, detalhado online no jornal
Ciência 1 de Junho.
p O grafeno é uma única camada de átomos de carbono, e os cientistas de materiais estão envolvidos em uma espécie de corrida armamentista para manipular e aprimorar suas incríveis propriedades - resistência à tração, alta condutância elétrica, e aplicações potenciais em fotônica, fotovoltaica e eletrônica. Os desenhos animados retratam o grafeno como uma tela de arame atômica perfeita que se estende ad infinitum.
p Na realidade, o grafeno é policristalino; é cultivado por meio de um processo chamado deposição de vapor químico, em que pequenos cristais, ou grãos, em orientações aleatórias crescem por si mesmas e eventualmente se unem em ligações carbono-carbono.
p Imagem de um microscópio eletrônico de varredura (SEM) de cristais de grafeno crescendo em cobre. A inserção é uma imagem SEM em cores falsas de um dispositivo elétrico que consiste em um único contorno de grão em grafeno. (Wei Tsen / Park lab)
p Em um trabalho anterior publicado na Nature em janeiro passado, o grupo Cornell usou microscopia eletrônica para comparar essas folhas de grafeno a colchas de retalhos - cada "remendo" representado pela orientação dos grãos de grafeno (e cores falsas para torná-los bonitos).
p Elas, junto com outros cientistas, perguntou-se como as propriedades elétricas do grafeno se manteriam com base em sua natureza policristalina. A sabedoria convencional e algumas medições indiretas anteriores levaram os cientistas a supor que o crescimento do grafeno com cristais maiores - menos manchas - pode melhorar suas propriedades.
p O novo trabalho questiona esse dogma. O grupo comparou o desempenho do grafeno com base em diferentes taxas de crescimento via deposição química de vapor; alguns cresceram mais lentamente, e outros, muito rapidamente. Eles descobriram que quanto mais reativo, grafeno de crescimento rápido, com mais patches, de certa forma, teve melhor desempenho eletronicamente do que o grafeno de crescimento mais lento com manchas maiores.
p Como se viu, o crescimento mais rápido levou a uma costura mais apertada entre os grãos, que melhorou o desempenho do grafeno, em oposição a grãos maiores que foram mantidos juntos de forma mais frouxa.
p "O que é importante aqui é que precisamos promover o ambiente de crescimento para que os grãos se juntem bem, "Park disse." O que estamos mostrando é que os limites dos grãos eram a principal preocupação, mas pode ser que não importe. Estamos descobrindo que provavelmente está tudo bem. "
p Igualmente em importância para essas observações foram as técnicas complexas que eles usaram para fazer as medições - uma tarefa nada fácil. Um processo de litografia de feixe de elétrons de quatro etapas, desenvolvido por Adam Tsen, um estudante de graduação em física aplicada e o primeiro autor do artigo, permitiu aos pesquisadores colocar eletrodos no grafeno, diretamente no topo de um substrato de membrana de 10 nanômetros de espessura para medir as propriedades elétricas dos limites de um único grão.
p "Nossa técnica define o tom de como podemos medir materiais atomicamente finos no futuro, "Park adicionado.
p Colaboradores liderados por David A. Muller, professor de física aplicada e de engenharia e codiretor do Instituto Kavli em Cornell for Nanoscale Science, usou técnicas avançadas de microscopia eletrônica de transmissão para ajudar o grupo de Park a criar imagens de seu grafeno para mostrar as diferenças nos tamanhos dos grãos.
p O trabalho foi apoiado pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea, e a National Science Foundation por meio do Cornell Center for Materials Research. A fabricação foi realizada no Cornell NanoScale Science and Technology Facility.
