Grafeen blijkt inzetbaar als nanoantenne

Onderzoek van het Amerikaanse Oak Ridge-lab heeft een mogelijk nieuw toepassingsgebied van grafeen opgeleverd. Verontreinigingen in het materiaal zouden grafeen een functie als antenne voor optische signalen kunnen geven.

Waar puur grafeen bestaat uit een raamwerk van koolstofatomen die een 'tweedimensionale kippengaasstructuur' vormen, zijn het vaak verontreinigingen die de interessantste eigenschappen van grafeen opleveren. Zo zorgen metaalatomen voor elektrische geleiding in grafeen, wat het materiaal geschikt maakt als halfgeleider. Onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory in de Verenigde Staten gebruikten siliciumatomen als verontreinigend element. Het grafeen bleek daardoor als antenne te kunnen worden ingezet.

Het silicium versterkt de plasmonische respons in het grafeen, waardoor invallend licht werd geconverteerd naar een elektrisch signaal. Het elektrische signaal kan worden getransporteerd en via dezelfde siliciumverontreiningen worden teruggeconverteerd naar een optisch signaal. Om het verschijnsel waar te nemen maakten de onderzoekers gebruik van elektronenmicroscopie.

Plasmonen zijn al langer bekend en oppervlakteplasmonen worden vaker gebruikt in optica zoals lasers en sensors. Dergelijke structuren werden echter niet gerealiseerd met afmetingen beneden enkele nanometers, maar uit het onderzoek in Oak Ridge blijkt een enkel atoom al voldoende om plasmonische effecten te bereiken. De techniek zou in de toekomst toepassing kunnen vinden in optische communicatie.

Reacties (27)

[Verwijderd]

"Zo zorgen metaalatomen voor elektrische geleiding in grafeen, wat het materiaal geschikt maakt als halfgeleider."
Deze bewering uit het nieuwsartikel klopt niet. Grafeen is uit zichzelf al een goede elektrische geleider (over het vlak wel te verstaan, niet tussen grafeen-sheets).

Het doteren met een ander element, zoals bijvoorbeeld silicium, of metaalatomen, zal de elektrische geleidbaarheid waarschijnlijk verlagen, het is lastig om anders van een geleidende stof een halfgeleider te maken.


Wat meer in-depth: grafiet bestaat in feite uit verschillende grafeen-sheets die niet-covalent met elkaar verbonden zijn. Zie het als een stapel papier, waarbij er echter een relatief grote afstand tussen de velletjes is. Elk vel papier zelf (sheet grafeen) kan goed stroom geleiden. Dit komt doordat grafeen één groot geconjungeerd systeem is (afwisselend 'dubbele' en 'enkele' bindingen, al zijn alle chemische bindingen in het geval van grafeen natuurlijk iets daartussenin).

Over de grafeensheets is grafeen dus een geleider. Echter van sheet-naar-sheet (loodrecht op het vlak), is het een isolator. De afstand tussen de vlakken is namelijk te groot om door electronen door middel van tunneling overbrugd te worden. Vandaar dus dat grafeen zoveel beter geleid dan grafiet.

[mikeb106]

wat je al niet kunt met een potlood en een stuk plakband

[Unknown]

wat je al niet kunt met een potlood en een stuk plakband

Inderdaad, zag enige dagen gelden dit filmpje met uitleg.

http://youtu.be/PifL8bAybyc

Grafiet -> grafeen

[mOrPhie]

Zij die jou naar beneden modden hebben geen idee wat je bedoeld.

[.oisyn]

Een potlood is gemaakt van grafiet, niet van grafeen. En de samenstelling van het kristalrooster is nou juist wat zo belangrijk is aan de eigenschappen

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 23 juli 2024 15:33]

[GeneralX]

Bij ons op school hangt al enkele maanden een poster in het natuurkundelokaal. Op die poster staan Andre Geim en Konstantin Novoselov afgebeeld, samen met een uitleg over grafeen. In dat verhaal wordt onder andere verteld over het maken van grafeen. daarbij wordt heel duidelijk vermeld dat je dit kunt doen met een stukje plakband en een potlood. Ik ben zelf geen natuurkundig genie en ik heb me er niet echt in verdiept, maar ik weet wel dat ze toch echt grafeen kunnen maken uit grafiet. Dus jouw opmerking raakt echt kant nog wal en die van mikeb106 is dus niet helemaal irrelevant mbt grafeen. Natuurlijk gaat het artikel niet over de productie van grafeen, dus in die zin zeker wel off-topic. Vandaar ook de comment van mOrphie, die volgens mij wel weet dat men zo grafeen kan maken

bewijs dat ik geen onzin praat: link naar filmpje van een wetenschapper

[[Remmes]]

grafeen = klein deeltje van grafiet

[BadRespawn]

Een potlood is gemaakt van grafiet, niet van grafeen. En de samenstelling van het kristalrooster is nou juist wat zo belangrijk is aan de eigenschappen

Niemand zegt toch dat het hetzelfde is?
Er wordt gezegd dat je (vrij eenvoudig) van grafiet grafeen kan maken.

[Peenutzz]

Kan ik dit zien als het begin van een optocoupler op nanoschaal?

[HellStorm666]

Voor wat ik uit het document begrijp wel ja.
Mooie ontdekking!

[kzin]

Zoals ik het begrijp eerder een de omgekeerde variant.
Een optocoupler doet elektrisch -> licht -> elektrisch
Deze grafeen toepassing: licht -> elektrisch -> licht

[Tri]

Als je twee van deze nanoantennes hebt, lijkt mij dat je wel degelijk een optocoupler kan maken aangezien de antenne zowel als zender als ontvanger van een optisch signaal kan dienen.

[Reactie gewijzigd door Tri op 23 juli 2024 15:33]

[sambalbaj]

Met dank aan nobelprijswinnaars Andre Geim (halve Nederlander) en Konstantin Novoselov die die prijs kregen voor hun onderzoek naar de toepasbaarheid van grafeen en waar dit onderzoek op verder gaat.

[Reactie gewijzigd door sambalbaj op 23 juli 2024 15:33]

[TenTimes]

De licht-elektro conversie werkt dus feitelijk 2 richtingen op? Dan zou dit dus ook toepassingen kunnen hebben voor zonnepanelen die mogelijk efficienter kunnen zijn dan de huidige.

Geweldig dat ze dit zo klein kunnen maken, want dat is dit zelfs toepasbaar op chipniveau.

[ioor]

..Dat begrijp ik niet helemaal.....je opgeladen energie (overdag) s'nachts inzetten voor bijv. gevel verlichting?

[Marathir]

Nee, er komt ook een elektrische response uit het kristalrooster. Dit maakt het mogelijk om elektriciteit uit licht te maken zoals bij zonnecellen.
Wat zonnecellen niet doen is licht maken als er elektriciteit ingestopt wordt. Dit materiaal kan dat wel.
<edit> Met een accu ertussen is jou idee dus wel mogelijk ioor. Mijn te snel reageerfout</edit>

[Reactie gewijzigd door Marathir op 23 juli 2024 15:33]

[Papa Roach]

Klinkt voor de lange termijn interessant ja, zeker voor off-grid applicaties. Alleen ben ik benieuwd welke golflengtes er uit komen, en hoe het rendement zich verhoudt tot bestaande lichttechnologien. Geen DC->AC->DC in ieder geval.

[Verwijderd]

FYI: Exact dezelfde woorden zie je iedere keer weer terug als "Grafeen" wordt genoemd. Misschien verklaard dat je -1

Hier wordt al door velen aan gewerkt, zie o.a.:
http://www.sciencedaily.c.../2011/08/110830144505.htm