Australialaisen RMIT-yliopiston uusi tutkimus paljastaa, miksi supermateriaaliksi nimetty grafeeni ei ole muuttanut elektroniikkaa kuten luvattiin. Tutkimus myös osoittaa, miten grafeenin suorituskyky voidaan kaksinkertaistaa, jotta sen epätavallisia ominaisuuksia voidaan hyödyntää nykyistä paremmin.
Sittemmin Nobelin palkintoonkin johtaneen grafeenin löytämisen jälkeen sitä kutsuttiin transformatiiviseksi materiaaliksi joustavaan elektroniikkaan, tehokkaampiin tietokonelaitteisiin ja aurinkopaneeleihin, vesisuodattimiin ja bioantureihin. Mutta suorituskyky on ollut sekalaista ja alan hyväksyminen hidasta.
Tohtorien Dorna Esrafilzadehin ja Rouhollah Ali Jaliliin johtama tutkimus tunnistaa piipitoisuuden aiheuttavan pettymyksen tuottaneet tulokset. He myös esittävät, miten parempaa ja puhdasta grafeenia voidaan tuottaa.
Tekijät tutkivat kaupallisesti saatavia grafeeninäytteitä atomi atomilta huipputeknisellä skannauselektronimikroskoopilla.
- Löysimme korkean pitoisuuden piin kontaminaatiota (saastumista) kaupallisesti saatavilla olevasta grafeenista, mikä heikensi oleellisesti materiaalin suorituskykyä, toteaa Esrafilzadeh.
Testaus osoitti, että luonnollisessa grafiitissa esiintyvää piitä, grafeenin tuottamiseen käytettävää raaka-ainetta, ei ollut täysin poistettu prosessointivaiheessa. - Uskomme, että tämä kontaminaatio on perusta monien näennäisesti epäjohdonmukaisten raporttien ominaisuuksista grafeenin ominaisuuksille ja kenties myös monille muille atomisesti ohuille kaksiulotteisille (2D) materiaaleille, arvioi Esrafilzadeh.
Testaukset eivät ainoastaan tunnistaneet näitä epäpuhtauksia. Ne myös todistivat niiden merkittävän vaikutuksen suorituskykyyn. Kontaminoitunut materiaali on jopa 50 prosenttia huonompi kuin puhtaaseen grafeeniin perustuvat tuotteet.
Tutkijoiden mukaan tämä tutkimus paljastaa, miten grafeenin kaksiulotteinen ominaisuus on myös grafeenin akilleen kantapää. Rakenne tekee sen alttiiksi pintakontaminaatiolle. Grafiitin korkea puhtausaste on elintärkeää puhtaamman grafeenin tuottamiseksi.
Käyttämällä puhdasta grafeenia tutkijat osoittivat, miten materiaali toimi erinomaisen hyvin, kun sitä käytettiin superkondensaattorin rakentamiseen. Testattaessa sen sähkön varauskyky oli massiivinen.Myös puhtaasta grafeenista kokeeksi rakennetun kosteusanturin herkkyys ja havaitsemisraja oli parhaita mitä aiheesta on aiemmin raportoitu.
Nämä havainnot ovat tärkeä virstanpylväs atominohuiden kaksiulotteisten materiaalien täydelliselle ymmärtämiselle ja niiden onnistuneelle integroimiselle korkean suorituskyvyn kaupallisiin laitteisiin.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 30.11.2018
