Zprávy

Představa ideálního nanomateriálu se v moderní fyzice tradičně pojila s dokonalou čistotou a geometrickou souměrností. Přestože byl dvoudimenzionální grafen dlouho oslavován pro svou perfektní plochou mřížku tvořenou atomárně tenkou vrstvou uhlíku, tak nejnovější výzkumy ukazují, že jeho největší potenciál se skrývá v přesně řízených nedokonalostech a zakřivení.  

Fyzici a materiáloví inženýři v nedávné studii odhalili, že mikroskopické ohyby, vlnění a vrásky na povrchu grafenové vrstvy vytvářejí dramatické změny v jeho chování. Mechanická deformace totiž způsobuje lokální přeskupení elektrického náboje a vytváří extrémně silná pseudomagnetická pole. Tímto způsobem lze zkrabatěním materiálu otevírat zakázané pásmo, které běžnému plochému grafenu chybí, což je zásadní předpoklad pro spolehlivé spínání tranzistorů.  

Tento objev odstartoval koncept takzvané strainotroniky – oboru, který mění vlastnosti materiálu pouze jeho přesně cíleným tvarováním bez nutnosti měnit jeho chemické složení či přidávat nečistoty. Praktické využití zvrásněného grafenu směřuje do vývoje ohebných mikročipů, extrémně citlivých mechanických senzorů pro lékařskou diagnostiku a pokročilých optoelektronických prvků, které zvládají zpracovávat signály s dosud nevídanou rychlostí.  

Co je grafen, jak se vyrábí a kde nachází využití?

Grafen je pokročilý dvoudimenzionální materiál tvořený jedinou atomární vrstvou uhlíku uspořádanou do rovinné šestiúhelníkové mřížky připomínající včelí plástev. Vyznačuje se extrémní pevností, vysokou flexibilitou a vynikající tepelnou i elektrickou vodivostí. Vyrábí se buď mechanickou exfoliací - odpínáním jednotlivých vrstev z grafitu pomocí lepicí pásky pro vědecké účely, chemickou reakcí a redukcí oxidu grafenu, nebo v průmyslovém měřítku chemickou depozicí z plynové fáze (CVD) na kovové podklady. Díky svým unikátním fyzikálním vlastnostem nachází uplatnění v mikroelektronice, superkondenzátorech, vysokokapacitních bateriích, ohebných displejích, medicínských biosenzorech i při konstrukci ultralehkých kompozitních materiálů pro letectví a kosmonautiku.  

Zdroj: Výzkum v oblasti deformace a zvrásnění grafenových struktur pro elektronické aplikace byl publikován v prestižním vědeckém časopise Science.