Grafen w obszarze nanotechnologii
Grafen, forma węgla składająca się z pojedynczej warstwy atomów ułożonych w dwuwymiarową siatkę plastra miodu, jest kluczowym elementem w wielu zastosowaniach przemysłowych, w tym w półprzewodnikach, elektronice, akumulatorach elektrycznych i kompozytach. Obecnie, dzięki działaniom finansowanego ze środków UE projektu GRANN, jego wykorzystanie zostało rozszerzone o dziedzinę nanotechnologii. „Zespół tego projektu, wspieranego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, odkrył niezwykłe właściwości grafenu”, mówi Liv Hornekaer, fizyk z Uniwersytetu w Aarhus i koordynatorka projektu GRANN. „Osiągnęliśmy ten cel projektując i syntetyzując nowe rodziny nanostruktur grafenowych za pomocą zaawansowanych dróg syntezy i funkcjonalizacji chemicznej”.
Wiele ważnych wyników
Projekt GRANN skupił zespół ekspertów w dziedzinie syntezy grafenu, powłok grafenowych i kontroli właściwości elektronicznych grafenu w próbkach makroskopowych. Naukowcy wysunęli ważne wnioski oraz opracowali nowe metody syntezy grafenowych nanokropek. Uczeni zbadali również reaktywność chemiczną nanografenu i wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w warunkach międzygwiezdnych. Innym ważnym osiągnięciem było opracowanie innowacyjnego podejścia do projektowania dostrajalnych przerw energetycznych otwierających się w grafenie poprzez tworzenie nanoskalowych struktur funkcjonalizacji wodoru o dostrajalnej symetrii. „Wykazaliśmy istnienie nowych dróg reakcji chemicznej i wzorców funkcjonalizacji grafenu na podłożach metalicznych”, wyjaśnia Hornekaer. „Wykazaliśmy, że grafen wpływa na aktywność katalityczną powierzchni metalu podłoża, co umożliwia chemiczną funkcjonalizację wzbudzonym wodorem molekularnym i stabilizację nowego wzorca wiązania tlenu atomowego na grafenie”. Zespół projektu zbadał ponadto, w jaki sposób grafen może działać jako powłoka ochronna stopów metali klasy przemysłowej oraz w jaki sposób nanostruktury funkcjonalizacji wodoru mogą poprawić właściwości ochronne takich powłok. „W ramach projektu wyraźnie wykazano potencjał powłok grafenowych i wzmocnionych funkcjonalizacją powłok grafenowych jako powłok antykorozyjnych na powierzchniach w zastosowaniach przemysłowych”, dodaje Hornekaer.
Nowe możliwości badań naukowych
Hornekaer najbardziej cieszy się z opracowania metody wykorzystania symetrii we wzorcach funkcjonalizacji do wywołania otwarcia przerw energetycznych w grafenie. „Dzięki kontrolowaniu funkcjonalizacji grafenu wodorem byliśmy w stanie wytwarzać nanostrukturalny grafen o różnej symetrii”, mówi badaczka. Osiągnięcia te otworzyły nowe możliwości badawcze. Badania rozpoczęte w ramach projektu GRANN są kontynuowane pod kierownictwem Hornekaer w nowo powstałym Center for Interstellar Catalysis na duńskim Uniwersytecie w Aarhus oraz na Uniwersytecie w Lejdzie w Holandii. Prace Hornekaer skupią się na aktywności katalitycznej nanografenu i nanocząsteczek węgla w tworzeniu złożonych cząsteczek organicznych w warunkach międzygwiezdnych. „Naszym celem jest ustalenie, czy molekularne składniki budulcowe życia mogą być katalizowane w przestrzeni międzygwiezdnej – regionach, w których tworzą się nowe gwiazdy i planety”, podsumowuje Hornekaer. „Prace te będą w dużym stopniu opierać się na uzyskanych wynikach i technikach opracowanych w ramach projektu GRANN”.
Słowa kluczowe
GRANN, grafen, nano, powłoki, nanocząstki, nanostruktura, stopy
