Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

24.05.2017

Eine internationale Forschergruppe hat an der Infrarot-Beamline IRIS am Elektronenspeicherring BESSY II erstmals die optischen Eigenschaften von dreidimensionalem nanoporösen Graphen untersucht. Die Experimente zeigen, dass sich die plasmonischen Anregungen (Schwingungen der Ladungsdichte) in diesem neuen Material durch Porengröße und das Einbringen von Fremdatomen präzise steuern lassen. Dies könnte die Herstellung von hochempfindlichen chemischen Sensoren ermöglichen.

Kohlenstoff ist ein sehr vielseitiges Element. Es bildet nicht nur Diamanten, Graphit und Kohle, sondern kann sich auch in der Ebene zu einem flachen Netz mit sechseckigen Maschen verbinden, dem Graphen. Dieses aus nur einer Atomlage bestehende Material besitzt eine Reihe extremer Eigenschaften, es ist hochleitfähig, optisch transparent und mechanisch sowohl flexibel als auch belastbar.


REM-Aufnahmen von 3D-Graphen mit unterschiedlichen Porengrößen (a,b,c, Strich in a entspricht 1μm). Dadurch lassen die optischen Eigenschaften (d,e,f) präzise einstellen.

10.1038/ncomms14885

Für die Entdeckung dieser exotischen Kohlenstoff-Form erhielten André Geim und Konstantin Novoselov 2010 den Nobelpreis für Physik. Und erst vor kurzem ist es einem japanischen Team gelungen, zweidimensionales Graphen zu einer dreidimensionalen Architektur mit nanometergroßen Poren aufeinanderzustapeln.

Plasmonen nach Wunsch

Ein Forscherteam unter Federführung einer Gruppe der Universität Sapienza in Rom hat nun erstmals die optischen Eigenschaften von 3D-Graphen eingehend an BESSY II untersucht. Das Team konnte aus den gemessenen Daten ermitteln, wie sich Ladungsdichteschwingungen, so genannte Plasmonen, im dreidimensionalen Graphen ausbreiten. Dabei stellten sie fest, dass diese Plasmonen den gleichen Gesetzmäßigkeiten wie in 2D-Graphen folgen.

Die Frequenz der Plasmonen lässt sich im 3D-Graphen jedoch sehr genau kontrollieren: entweder durch Einbringen von Fremdatomen (Dotierung) oder über die Größe der Nanoporen, oder auch, indem man bestimmte Moleküle gezielt an das Graphen anlagert. Damit könnte sich das neuartige Material auch für die Herstellung von spezifischen chemischen Sensoren eignen, schreiben die Autoren in Nature Communications. Es ist außerdem interessant als Elektrodenmaterial für den Einsatz in Solarzellen.

Vorteile der IRIS-Beamline genutzt

Für ihre Untersuchungen haben die Forscher die IRIS-Beamline an der Berliner Synchrotronquelle BESSY II genutzt. Dort steht breitbandige Infrarotstrahlung zur Verfügung, was insbesondere die spektroskopische Untersuchung von neuartigen Materialien mit Terahertz-Strahlen ermöglicht.

„Durch den low-Alpha Modus, eine besondere Betriebsform des BESSY II-Speicherrings, war es möglich, die optische Leitfähigkeit von dreidimensionalem Graphen mit besonders hohem Signal-zu-Rausch Verhältnis zu messen. Mit Standard-Methoden ist dies vor allem im Terahertz-Bereich kaum möglich. Gerade dieser Bereich ist aber wichtig, um entscheidende physikalische Eigenschaften zu beobachten“, sagt Dr. Ulrich Schade, Gruppenleiter an der Infrarot-Beamline.

Die Arbeit wurde in Nature Communications (2017) publiziert: „Terahertz and mid-infrared plasmons in three-dimensional nanoporous graphene“; Fausto D’Apuzzo, Alba R. Piacenti, Flavio Giorgianni, Marta Autore, Mariangela Cestelli Guidi,Augusto Marcelli, Ulrich Schade, Yoshikazu Ito, Mingwei Chen & Stefano Lupi

DOI: 10.1038/ncomms14885

Dr. Antonia Rötger | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen
19.06.2018 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Ein neues Experiment zum Verständnis der Dunklen Materie
14.06.2018 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Hengstberger-Symposium zur Sternentstehung

19.06.2018 | Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen

19.06.2018 | Physik Astronomie

Automatisierung und Produktionstechnik – Wandlungsfähig – Präzise – Digital

19.06.2018 | Messenachrichten

Überdosis Calcium

19.06.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics