Voorop blijven lopen met 3D-gebogen grafeen

Een team van onderzoekers heeft de elektrische eigenschappen van 3D-grafeen versterkt door de kromming ervan te beheersen.

“Ons onderzoek toonde voor het eerst het behoud en de degradatie van het ultralage dissipatieve transport van Dirac-elektronen op het 3D-gekromde oppervlak aan”, zegt Yoichi Tanabe, hoofdauteur van de studie.

Grafeen is een 2-D atoomlaagmateriaal in de vorm van honingraten, dat uitstekende elektrische, chemische, thermische en mechanische eigenschappen bezit voor een breed scala aan toepassingen, zoals halfgeleiders, elektrische batterijen en composieten.

Grafeenvellen die op elkaar zijn gestapeld, vormen grafiet dat de stift vormt in onze potloden. Als grafeen echter stevig wordt verpakt, verliest het zijn 2-D elektronische eigenschappen.

Een manier om dit te ondervangen is door de grafeenvellen met met lucht gevulde poriën – als een spons – op nanometerschaal te scheiden en er een driedimensionale structuur van te maken. Dit versterkt de eigenschappen van grafeen voor praktische doeleinden.

Maar dat is niet zonder uitdagingen; het omzetten van 2D-grafeen in 3D-grafeen introduceert kristaldefecten en tal van andere problemen waardoor het zijn gewenste eigenschappen verliest. Er is weinig bekend over hoe het gekromde oppervlak de elektrische transporteigenschappen van grafeen aantast en of dit de reden is dat grafeen zijn Dirac-fermionen verliest.

Het onderzoeksteam probeerde dit te onderzoeken door een enkel, 2-D grafeenvel te nemen en dit te vouwen tot een 3-D-structuur met een bicontinue en open poreuze structuur.

De structuur, met een krommingsradius tot 25-50 nanometer, behield de elektronische basiseigenschappen van 2D-grafeenput. Ondertussen verbeterde de beweging van elektronen op de 3D-kromming de elektronenverstrooiing die was ontstaan ​​door de intrinsieke krommingseffecten. In feite biedt de kromming op nanoschaal een nieuwe mate van vrijheid om het elektronische gedrag van grafeen te manipuleren voor de opkomende en unieke elektrische eigenschappen van 3D-grafeen.