(Phys.org) - A microscopia eletrônica do Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia está fornecendo visualizações sem precedentes dos átomos individuais do grafeno, oferecendo aos cientistas a chance de desbloquear todo o potencial do material para usos, desde a combustão de motores até produtos eletrônicos de consumo.

Os cristais de grafeno foram isolados pela primeira vez em 2004. Eles são bidimensionais (um átomo de espessura), mais duro que diamantes e muito mais forte que aço, proporcionando rigidez sem precedentes, propriedades elétricas e térmicas. Ao visualizar as configurações atômicas e de ligação de átomos de grafeno individuais, os cientistas são capazes de sugerir maneiras de otimizar materiais para que sejam mais adequados para aplicações específicas.

Em um artigo publicado em Cartas de revisão física , uma equipe de pesquisadores do Oak Ridge National Laboratory e da Vanderbilt University usou microscopia eletrônica de transmissão de varredura com correção de aberração para estudar a estrutura atômica e eletrônica das impurezas de silício no grafeno.

"Usamos novas ferramentas experimentais e computacionais para revelar as características de ligação de impurezas individuais no grafeno. Por exemplo, agora podemos diferenciar entre um átomo não-carbono que é bidimensional ou tridimensionalmente ligado ao grafeno. Na verdade, finalmente fomos capazes de visualizar diretamente uma configuração de ligação que foi prevista na década de 1930, mas nunca foi observada experimentalmente, "disse o pesquisador do ORNL Juan-Carlos Idrobo.

Elétrons em órbita ao redor de um átomo se enquadram em quatro grandes categorias - s, p, d e f - com base em fatores que incluem simetria e níveis de energia.

"Observamos que os estados-d do silício participam da ligação apenas quando o silício é coordenado bidimensionalmente, "Disse Idrobo." Existem muitos elementos, como o cromo, ferro, e cobre, onde os estados d ou elétrons d desempenham um papel dominante na determinação de como o elemento se liga a um material. "

Ao estudar a estrutura atômica e eletrônica do grafeno e identificar quaisquer impurezas, os pesquisadores podem prever melhor quais adições elementares irão melhorar o desempenho do material.

Alterar ligeiramente a composição química do grafeno pode personalizar o material, tornando-o mais adequado para uma variedade de aplicações. Por exemplo, uma adição elementar pode tornar o material um melhor substituto para os conversores catalíticos de platina em carros, enquanto outro pode permitir que funcione melhor em dispositivos eletrônicos ou como uma membrana.

O grafeno tem o potencial de substituir o funcionamento interno dos aparelhos eletrônicos que as pessoas usam todos os dias devido à sua capacidade de conduzir calor e eletricidade e à sua transparência óptica. Ele oferece uma alternativa mais barata e abundante ao índio, um recurso limitado que é amplamente utilizado no revestimento condutor transparente presente em quase todos os dispositivos de exibição eletrônicos, como exibições digitais em carros, TVs, laptops e dispositivos portáteis como telefones celulares, tablets e reprodutores de música.

Os pesquisadores esperam que as técnicas de imagem demonstradas no ORNL sejam usadas para entender as estruturas atômicas e as características de ligação de átomos em outros materiais bidimensionais, também.