Jyväskylän yliopiston tutkijat ovat onnistuneet jäykistämään grafeenia ennätyksellisen paljon. Tämä tapahtui optisen taonnan avulla.
Optisessa taonnassa grafeeniin kohdistetaan voimakkaita lyhyitä laserpulsseja. Lasersäteilytys aiheuttaa grafeeniin kidevirheitä eli rikkoo sen atomirakenteen.
Näin atominpaksuisen hiilimateriaalin kaksiulotteinen rakenne muuttuu kolmiulotteiseksi.
”Optinen taonta on menetelmänä erityisen tehokas, koska sillä voidaan jäykistää grafeenia juuri siellä mistä halutaan”, sanoo professori Mika Pettersson.
Mittauksissa selvisi, että taotun grafeenin taivutusjäykkyys kasvoi jopa viisi kertaluokkaa eli satatuhatkertaisesti. Tämä on lajissaan uusi maailmanennätys.
Tutkimusta johtanut tohtori Andreas Johansson yliopiston nanotiedekeskuksesta kertoo, että tutkijat eivät aluksi olleet uskoa kokeidensa tuloksia.
”Lopulta ymmärsimme, miten merkittävästä ilmiöstä on kyse”, Johansson kuvailee.
Tutkimus julkaistiin Nature Partner Journals -julkaisusarjassa.
Monia väyliä uusille sovelluksille
Laskennallinen mallinnus osoitti, että taivutusjäykkyyden lisääntyminen aiheutui laserin synnyttämien kidevirheiden synnyttämistä venymistä ja aaltoiluista.
”Jäykistymismekanismin yleinen periaate on selvillä, mutta tarvitsemme vielä lisää tutkimusta ymmärtääksemme kidevirheiden syntymisen atomitasolla”, sanoo professori Pekka Koskinen, joka vastasi kokeiden laskennallisesta mallinnuksesta.
Jäykistetty grafeeni avaa monia väyliä uusille sovelluksille. Sitä voidaan käyttää nanomekaanisssa tukirakenteissa tai nanomekaanisten värähtelijöiden taajuuden kasvattamisessa gigahertsien taajuusalueelle.
Kevyttä ja vahvaa materiaalia voidaan hyödyntää myös esimerkiksi nanokokoisten suonensisäisten lääkeaineiden kuljettimien valmistuksessa.
(Kuva Jyväskylän yliopisto/Vesa-Matti Hiltunen, Pekka Koskinen) Yläkuvassa atomivoimamikroskoopilla kuvattua grafeenia ennen optista taontaa ja sen jälkeen. Alemmassa kuvaparissa näkyy käsitellyn materiaalin jäykistyminen.
