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 From rocks in Colorado, evidence of a 'chaotic solar system'
23.02.2017 | University of Wisconsin-Madison

nachricht Prediction: More gas-giants will be found orbiting Sun-like stars
22.02.2017 | Carnegie Institution for Science

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: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2017

23.02.2017 | Veranstaltungen

Wie werden wir gesund alt? - Alternsforscher tagen auf interdisziplinärem Symposium in Magdeburg

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Heinz Maier-Leibnitz-Preise 2017: DFG und BMBF zeichnen vier Forscherinnen und sechs Forscher aus

23.02.2017 | Förderungen Preise

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor

23.02.2017 | Physik Astronomie