Op zoek naar het perfecte vel - Grafeen (graphene) | Grafeen (graphene)
Op zoek naar het perfecte vel
g

Grafeen, een vel van slechts één koolstofatoom dun, is een uitstekende kandidaat voor het bekleden van objecten. De materie belooft prachtige toepassingen als slijtvaste en wrijvingsloze coating.

Niet alleen voor werktuigen op grotere schaal kan een wrijvingsloze en slijtvaste coating enorme besparingen opleveren, aan brandstof en onderhoud, maar ook in de sector van de nanotechnologie kan dergelijke coating toepassingen vinden.

Dirk van Baarle, promovendus aan de Universiteit van Leiden, onderzocht in zijn promotieonderzoek een kandidaat voor zo’n coating, en vond grafeen.

Het is een uitdaging om grafeen van voorspelbare kwaliteit te leveren, vertelde van Baarle.

Grafeen is enkel supersterk wanneer het netwerk van atomen regelmatig gevormd is.

Met de huidige productiemethoden bestaat grafeen in de praktijk uit lappendekens van kleine stukjes die aan elkaar zijn gegroeid. De wetenschapper kon waarnemen hoe eilandjes van grafeen naar elkaar toe en elkaar vast groeien, en hoe de temperatuur en de ondergrond het proces beïnvloedt.

Van Baarle zet daarmee de eerste stappen in de richting van grotere en foutloze vellen grafeen.

Met een uniek instrument in het Leidse Huygens – Kamerlingh Onnes Laboratorium, de VT-STM, een microscoop waarmee men systematisch een oppervlak kan aftasten bij hoge en wisselende temperaturen, onderzocht de promovendus de groei van het hexagonale netwerk van koolstofatomen, in een proces waar ethyleen – een koolstofhoudend gas – op hoge temperaturen in contact komt met een edelmetaal.

Het edelmetaal in gebruik, iridium, vormt brede traptreden waar het grafeen overgroeit. Omdat het oppervlak van het iridium niet altijd perfect evenwijdig loopt met de atoomlagen in de ondergrond.

Die traptreden kunnen onder het grafeen doorgroeien, of zich terugtrekken, doordat iridiumatomen uit de ondergrond zich herschikken.

Dit proces zal men nauwkeurig moeten beheersen wil men perfecte vellen laten groeien.

In het theoretische gedeelte van zijn proefschrift ontwikkelde van Baarle een model hoe wrijving op atomair niveau werkt.

Als twee oppervlakken langs elkaar schuiven, zijn de echte contactpunten, slechts nanometers groot, enkele atomen. De wrijving blijkt maximaal als de stijfheid van die nano-uitsteeksels middelmatig is: niet te slap, maar ook niet te stug.

De promovendus vertelde verder dat intern, bij hun apparatuur, al grafeen coatings worden gebruikt om wrijving te verminderen zonder smeermiddelen.

“Het heeft ook al geresulteerd in een patent en een start-up, Applied Nanolayers. Geen wonder dat onze professor, Joost Frenken, al eens een valorisatieprijs gewonnen heeft.”

Bron: Universiteit Leiden


3D print schaalmodel structuur grafeen

Graphene Job Board