Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

ORNL pushes the boundaries of electron microscopy to unlock the potential of graphene

16.11.2012
Electron microscopy at the Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory is providing unprecedented views of the individual atoms in graphene, offering scientists a chance to unlock the material's full potential for uses from engine combustion to consumer electronics.

Graphene crystals were first isolated in 2004. They are two-dimensional (one-atom in thickness), harder than diamonds and far stronger than steel, providing unprecedented stiffness, electrical and thermal properties. By viewing the atomic and bonding configurations of individual graphene atoms, scientists are able to suggest ways to optimize materials so they are better suited for specific applications.

In a paper published in Physical Review Letters, a team of researchers from Oak Ridge National Laboratory and Vanderbilt University used aberration-corrected scanning transmission electron microscopy to study the atomic and electronic structure of silicon impurities in graphene.

"We have used new experimental and computational tools to reveal the bonding characteristics of individual impurities in graphene. For instance, we can now differentiate between a non-carbon atom that is two-dimensionally or three-dimensionally bonded in graphene. In fact, we were finally able to directly visualize a bonding configuration that was predicted in the 1930s but has never been observed experimentally," said ORNL researcher Juan-Carlos Idrobo. Electrons in orbit around an atom fall into four broad categories - s, p, d and f - based on factors including symmetry and energy levels.

"We observed that silicon d-states participate in the bonding only when the silicon is two-dimensionally coordinated," Idrobo said. "There are many elements such as chromium, iron, and copper where the d-states or d-electrons play a dominant role in determining how the element bonds in a material."

By studying the atomic and electronic structure of graphene and identifying any impurities, researchers can better predict which elemental additions will improve the material's performance.

Slightly altering the chemical makeup of graphene could customize the material, making it more suitable for a variety of applications. For example, one elemental addition may make the material a better replacement for the platinum catalytic converters in cars, while another may allow it to function better in electronic devices or as a membrane.

Graphene has the potential to replace the inner workings of electronic gadgets people use every day because of its ability to conduct heat and electricity and its optical transparency. It offers a cheaper and more abundant alternative to indium, a limited resource that is widely used in the transparent conducting coating present in almost all electronic display devices such as digital displays in cars, TVs, laptops and handheld gadgets like cell phones, tablets and music players.

Researchers expect the imaging techniques demonstrated at ORNL to be used to understand the atomic structures and bonding characteristics of atoms in other two-dimensional materials, too.

The authors of the paper are Wu Zhou, Myron Kapetanakis, Micah Prange, Sokrates Pantelides, Stephen Pennycook and Idrobo.

This research was supported by National Science Foundation and the DOE Office of Science. Researchers also made use of Oak Ridge National Laboratory's Shared Research Equipment User Facility along with Lawrence Berkeley National Laboratory's National Energy Research Scientific Computing Center, both of which are also supported by DOE's Office of Science.

ORNL is managed by UT-Battelle for the Department of Energy's Office of Science. DOE's Office of Science is the single largest supporter of basic research in the physical sciences in the United States, and is working to address some of the most pressing challenges of our time. For more information, please visit http://science.energy.gov.

Jennifer Brouner | EurekAlert!
Further information:
http://www.ornl.gov

More articles from Physics and Astronomy:

nachricht Astronomers find unexpected, dust-obscured star formation in distant galaxy
24.03.2017 | University of Massachusetts at Amherst

nachricht Gravitational wave kicks monster black hole out of galactic core
24.03.2017 | NASA/Goddard Space Flight Center

All articles from Physics and Astronomy >>>

The most recent press releases about innovation >>>

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

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise