IRB-Forschung: Graphen ist das Material der Zukunft in Elektronik und Energie

Die Ergebnisse von Forschungen, die von Wissenschaftlern des Ruđer Bošković Instituts (IRB) durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass die Anwendung von hochenergetischen Ionenstrahlen nanoporen Graphen präzise formen kann, wodurch die Funktionalität des Materials verändert wird und der Weg für die Schaffung von Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften geebnet wird.

Nach Angaben des IRB verwendeten die Wissenschaftler Ionenstrahlen, um die Struktur von Graphen präzise zu formen, und diese Anwendungen könnten noch ausgefeilter und verbreiteter werden.

Graphen ist das stärkste und dünnste Material, das dem Menschen bekannt ist, und wird in der Entwicklung fortschrittlicher elektronischer und energietechnischer Geräte sowie als innovatives Material für Luft- und Wasserfilter verwendet.

Die Ergebnisse ihrer Forschung wurden in der wissenschaftlichen Zeitschrift Applied Surface Science veröffentlicht.

Schritt in Richtung des Verständnisses der präzisen Kontrolle von Strukturen

– Unsere Forschung stellt einen wichtigen Schritt im Verständnis dar, wie man Strukturen auf atomarer Ebene in Graphen präzise kontrollieren kann – sagte Kristina Tomić Luketić, Postdoktorandin im Labor für Ionenstrahlinteraktionen am IRB und Mitautorin der Arbeit.

Sie betonte, dass die Fähigkeit, die Bildung von Nanoporen mit hochenergetischen Ionenstrahlen zu kontrollieren, neue Türen für die Anpassung der Eigenschaften von Graphen für spezifische Anwendungen öffnet.

Graphen ist ein Material, das aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen besteht, die in einem hexagonalen Muster angeordnet sind, und hat sich zu Recht den Titel des Wundermaterials der modernen Wissenschaft verdient.

Seine außergewöhnliche Stärke, die sogar Stahl übertrifft, kombiniert mit nahezu undurchdringlicher Flexibilität und außergewöhnlicher Leitfähigkeit, macht es zu einem idealen Kandidaten für innovative Anwendungen in verschiedenen Branchen.

Neben dem Fakt, dass es das dünnste jemals entdeckte Material ist, ist Graphen auch einer der besten Wärme- und Stromleiter, was neue Möglichkeiten in der Entwicklung fortschrittlicher elektronischer Geräte, effizienterer Energielösungen und innovativer Verbundmaterialien eröffnet.

Graphen wird bereits in der Produktion flexibler Displays und superschneller Schaltungen verwendet.

Die einzigartigen Eigenschaften von Graphen haben bereits Anwendungen in der Produktion flexibler Displays, superschneller elektronischer Schaltungen und ultraleichter Sportgeräte gefunden.

Darüber hinaus hat Graphen aufgrund seiner Fähigkeit, Barrieren auf molekularer Ebene zu bilden, Potenzial in Wasser- und Luftfiltern, wo seine Anwendung die Effizienz erheblich verbessern und die Produktionskosten senken könnte.

Die neue Forschung der IRB-Wissenschaftler vertieft das Verständnis dafür, wie man die Eigenschaften von Graphen auf Nanoebene steuern kann.

Das Forschungsteam am IRB, zu dem Tomić Luketić, Andreja Gajović aus dem Labor für Energieumwandlungsmaterialien und Sensoren und Marko Karlušić, ebenfalls Mitautor aus dem Labor für Dünnschichten am IRB, gehört, verwendete eine Methode, die mit der künstlerischen Schaffung mikroskopischer Meisterwerke auf einer nur ein Atom dicken Leinwand verglichen werden kann.

Das Team verwendete hochenergetische Strahlen von Jod, Kupfer, Silizium und Sauerstoff, die auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt wurden, um kontrolliert Nanoporen in monolayer Graphen auf einem Substrat zu erzeugen.

Je nach Geschwindigkeit und Art der Ionen variieren die erhaltenen Proben, wobei langsamere Ionen größere Poren erzeugen, ähnlich dem Effekt einer schwereren Kugel, die eine weichere Oberfläche trifft, merkt das IRB an.

Nukleare und Stoppkraft

Kanäle der Energieeinlagerung des Ionenstrahls, nukleare und elektronische Stoppkraft von Graphen für Ionenstrahlen spielen eine wichtige Rolle in diesem Prozess.

Nukleare Stoppkraft wirkt wie ein direkter Treffer auf Atome und kann ein Atom aus seiner Position ‚herausknocken‘, während elektronische Schäden aufgrund von Störungen in der elektronischen Struktur von Graphen erzeugt werden, wodurch die Schaffung fein abgestimmter nanostruktureller Muster ermöglicht wird.

Das Team untersuchte auch, wie das Substrat, auf dem Graphen liegt, die Eigenschaften des Schadens beeinflusst, und entdeckte, dass das Material unter Graphen eine bedeutende Rolle im endgültigen Erscheinungsbild des Schadens spielt.

Bezüglich des Substrats zeigt die Forschung, dass optimale Ergebnisse auftreten, wenn die elektronische Stoppkraft die nukleare deutlich überwiegt.

Das IRB betont, dass dies die Entwicklung neuer Methoden zur Schaffung fortschrittlicher Materialien wie nanoporen Graphen ermöglichen könnte, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden könnten, von fortschrittlichen Sensortechnologien bis hin zu Energiespeichersystemen.

Die Forschung wurde von der Kroatischen Wissenschaftsstiftung (HRZZ) und dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung im Rahmen des Wissenschaftszentrums für Exzellenz für fortschrittliche Materialien und Sensoren finanziert.