Grafen, “ıslak” kimyayı mikroskop altına gönderiyor
Grafen için dikkat çeken uygulama alanlarının listesi iyice kabarıyor. Bu sefer, ABD ve Kore'den bilim adamları tek atom kalınlığında karbon yarı geçirgen zarının bir elektron mikroskobu için bir kap olarak kullanılabileceği ve başarılması herkes tarafından bilindiği gibi çok zor olan ıslak kimyanın atom çözünürlüğünde gözlenebileceğini ortaya çıkardılar.
Grafen kabı, araştırmacılara sıvı hal kimyasını çok daha büyük bir ayrıntı ile izleme olanağı veriyor.
© Resim Alivisatos, Lee ve Zettl araştırma grupları, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuarı ve KAIST'ten alınmıştır.
Araştırmacılar, platin nanokristallerin çözeltiden nasıl oluştuğunu araştırmak istediler. ABD'deki Berkeley, Kaliforniya Üniversitesi'nden grup üyesi Alex Zettl, “Atomik çözünürlükte kristallerin oluştuğunu görmek, kesin gelişme prosesini anlamak ve bu sebeple kullanmaya izin veriyor” şeklinde konuştu. Ancak, geçirgenlik elektron mikroskopisi ile sıvı faz proseslerin iyi çözünürlükte görüntülenmesi, gerekli olan yüksek vakum şartlarında sıvı tür için gerçekçi koşulları sağlayabilmenin zorluğu ile güç durumda kalıyor. Bunu gerçekleştirmenin bir yolu, örneği silikon nitrür veya silikadan yapılmış bir pencere içinde, kapalı bir hücre şekline getirmek oluyor. Ancak, lensin nispeten kalın olması gerekiyor ve bu yüzden elektronların geçişini engelliyor ve elde edilebilecek çözünürlük azalıyor.
Zettl ve meslektaşları, grafenin iyi bir sıvı hücresi olabileceğini farkettiler. Zettl, “Grafen deliksiz ve sürekli bir yapıya sahip, çok esnek ve çok kuvvetli; en iyisi de yalnızca bir atom kalınlığında ve elektron demetine karşı son derece geçirgen” açıklamasını yapıyor.
Araştırma ekibi iki grafen tabakası oluşturuyor ve bunların arasına bir platin iyonu çözeltisi sıkıştırıyor, böylece çözeltiyi kapatan bir grafen kabarcığı üretilmiş oluyor. Mikroskopta, çarpan elektronlar platin iyonlarını metale indirgiyor ve nanokristaller oluşuyor. Grafen sıvı hücresi, araştırmacılara daha önce mümkün olmayan bir ayrıntı seviyesinde kristal gelişimini gözleme imkânı tanıyor. Zettl şöyle ekliyor: “Oluşumda daha aktif yüzlerin yeni atomları çağırdığı ve küçük kristalitlerin büyük olanlara dönüştüğü görülüyor. Gelişim için farklı modeller önerilmişti, ancak şu anda doğrudan gözlem yaparak hangilerinin doğru olduğunu biliyoruz. Bu durum, bitmiş eski bir Mısır tapınağını görmek ve sonra hangi blokların hangi sırayla konulduğunu bulmaya benziyor; ancak şimdi tapınağın blok blok inşa edildiğini izleyebiliyoruz. Bu bize müthiş bir yeni anlayış veriyor”. Teknik, sıvı faz sistemlerin büyük bir kısmına uygulanabilecek durumda. Zettl şöyle bitiriyor: “Temelde, herhangi bir ıslak kimyasal proses…”
İki boyutlu nanomalzemeleri (grafen dahil) çalışmak için yüksek uzaysal çözünürlüklü elektron mikroskopisi yöntemini kullanan, Birleşik Krallık'taki Oxford Üniversitesi'nden Valeria Nicolosi, çalışmadan etkilendiğini belirtiyor. Nicolosi şöyle devam ediyor: “Grafeni yerinde (in situ) hücre görüntülemesinde bir araç olarak kullanma yaklaşımını devrimsel ve en azından söylemek gerekirse yaratıcı buluyorum. Onlar yalnızca, sıvı örnek için tahribatlı olmayan koşulları gerçekçi olarak üreten ve dolayısıyla in situ olarak gerçek bir araştırma yapabileceğiniz bir çevre oluşturmakla kalmıyor, atomik çözünürlüğe olanak tanıyor ve elektron demetinin altındaki ısınma etkisini en aza indirgiyor.”.
Aktaran: Simon Hadlington
Kaynaklar
J M Yuk et al, Science, 2012, 336, 61 (DOI: 10.1126/science.1217654)