Grafeeni kelpaa jo moneen tehtävään

Grafeenia on kutsuttu ihmeaineeksi, joka pienen kokonsa, läpinäkyvyytensä ja muiden ominaisuuksiensa ansiosta tarjoaa paljon potentiaalia elektroniikan lisäksi esimerkiksi optiikassa. Jyväskylän yliopistossa FM Juha Koivistoinen on tutkinut grafeenin avulla ultranopeita ilmiöitä. Hän väittelee aiheesta ensi perjantaina.

FM Juha Koivistoisen tutkimuksissa tarkasteltiin ultranopeita ilmiöitä grafeenissa soveltaen epälineaarisiin optisiin ilmiöihin perustuvia menetelmiä. Tällaiseen tutkimukseen on käytettävä pulssitoimisia lasereita. Hänen väitöskirjansa tarkastetaan ensi perjantaina 10.11.2017 Jyväskylän yliopistolla.

Pulssilasereilla on valokuvauksen valotusaikaan jokseenkin verrattavissa oleva pulssin kesto. Jos pulssin kesto on lyhyempi kuin havaittu tapahtuma, kyetään mitattava tapahtuma havaitsemaan.

’’Näissä tutkimuksissa käytettiin femtosekuntilasereita, joissa pulssin kesto voi olla sekunnin miljardisosan miljoonasosan suuruusluokkaa, ja niillä kyetään havaitsemaan erittäin nopeita tapahtumia, kuten atomien värähtelyä’’, Juha Koivistoinen kertoo.

Jos Koivistoisen mukaan grafeenia säteilytetään femtosekuntilaserilla huoneen lämpötilassa ja vallitsevassa ilmankosteudessa, sitä voidaan hallitusti hapettaa valokemiallisen reaktion avulla valituilta alueilta.

Grafeenin pintaan voidaan esimerkiksi piirtää kuvioita. Näin hapettamalla grafeeniin pystytään tekemään alueita, jotka toimivat puolijohteena tai eristeenä, riippuen säteilytyksen asetuksista.

’’Havainto on merkittävä, sillä nyt johteena tunnettua grafeenia voidaan muokata niin, että käyttöön saadaan helposti kaikki sähkökomponenttien tekemiseen tarvittavat pakolliset osat: johde, puolijohde ja eriste’’, Koivistoinen selvittää.

Grafeenin hapettumista tutkittiin myös muilla menetelmillä. Tulokset tukevat hypoteesia valokemiallisesta hapettumisesta, ja ilmiön syntymekanismista saatiin jo erittäin hyvä käsitys.

Tutkimuksessa onnistuttiin myös kehittämään mikroskopian menetelmä, jolla grafeenin hapetusta voidaan seurata laajaltakin alueelta. Menetelmä on yhdistelmä laajakenttämikroskopiaa ja femtosekuntilasereita hyödyntävään CARS-spektroskopiaa.

LISÄÄ: FM Juha Koivistoisen kemian väitöskirja ”Non-linear interactions of femtosecond laser pulses with graphene: photo-oxidation, imaging and photodynamics” on luettavissa sähköisenä (LINKKI, pdf, 2,3 Mt)

Kuvituskuva: Juha Koivistoinen oli mukana professori Mika Petterssonin tutkimusryhmässä, joka kehitti menetelmää, jonka avulla grafeenia, eli yhden atomin paksuista hiilikalvoa voidaan muotoilla kolmiulotteiseksi lasersäteilyn avulla. Kerroimme tekniikasta 26.9.2017 Uusiteknologia.fi:ssä (LINKKI)

Uusimmat teknologiauutiset kätevästi uutiskirjeessä – kerran viikossa (LINKKI).

LUE – UUTTA – LUE – UUTTA – LUE – UUTTA

Uusi ammattilehti huipputekniikan kehittäjille – Lue ilmaiseksi!