Credit: A*STAR
Bal peteği örgüsü şeklinde paketlenmiş karbon atomları halinde bir atom kalınlığındaki grafen, geleneksel malzemelerde (silikon gibi) bulunmayan fiziksel ve elektronik özellikler sergiler. Nanoparçacıkların grafenin yüzeyine eklenmesi/katkılanması malzemenin performansını artırabilir ama bu şekilde üretim tekniğinde birçok sorun yaşanmaktadır. A*STAR Singapur Üretim Teknoloji Enstitüsü ve Nanyang Teknoloji Üniversitesi’nden Verawati Tjoa ve çalışma arkadaşları altın nanoparçacıkları grafenin yüzeyine eklemenin daha kolay bir yolunu geliştirdiler. Sonuç olarak malzeme daha duyarlı ve gaz dedektesi/algılaması için katkılanmamış grafenden çok daha yönlüdür.
Yüksek saflıktaki grafen yüksek kaliteli grafitin mekaniksel olarak soyulması ile elde edilebilmesine rağmen bu yöntem büyük ölçek uygulamalar için uygun değildir. Tjoa ve onun araştırma grubu indirgenmiş grafen oksit (rGO) üzerine çalışmalarını odakladılar. Çünkü indirgenmiş grafen oksit (rGO) uygulamalar için daha fazla pratik ve erişebilirdir. Diğer yandan esas çalışmaları eklenen altın nanoparçacıkların grafen malzemesinin fiziksel özelliklerini nasıl etkilediği üzerinedir. Onlar kimyasal indirgeme öncesi kloroaurik asite daldırılan grafen oksit düzlemleri ile altınla bezeli indirgenmiş grafen oksit (Au-rGO) düzlemleri elde ettiler.
Metal nanoparçacıklarla grafende biçimlendirme daha önce yapılmıştı ama Tjoa ve ekibinin bu çalışması bu tür sistemlerin elektronik özelliklerine dikkat çekilmesi açısından bir ilk. Elektriksel karakterizasyon gösterdi ki Au-rGO pozitif katkılı ve rGO’dan daha düşük iletkenliğe sahiptir. Bu düşük iletkenlik metal nanoparçacıklar üzerindeki yüklerin saçılmasından kaynaklanır. Pozitif katkılama altın nanoparçacıkların oluşumu sırasında grafen oksitten metal tuza elektronların transferine atfedilebilir. Bu durum Raman spektroskopi deneyleri ile onaylanmış.
Bu araştırmacılar Au-rGO katmanlarını çeşitli gazlara maruz bıraktıklarında ilginç sonuçlar buldular. Bu gazlardan biri hidrojen sülfür olması durumunda, ki bu gaz bir elektron vericisi olarak davranır, Au-rGO katmanlarının iletkenliği keskin bir düşüş gösterir. Bu da düzleme elektronların enjeksiyon halinde olmasından dolayı iletken deşiklerin/hollerin düşük sayıda olmasına yol açar. Altın gibi metal nanoparçacıklar eklenmemiş grafen, hidrojen sülfür gibi toksik bir gaz olmayan azot dioksit gibi oksitleyici gazlara duyarlı olduğu için hidrojen sülfüre maruz bırakılan bu akım modülasyonu önemlidir. Bu duyarlılık altın nanoparçacıklar eklendiğinde bu nanoparçacıklar rGO düzleminde fazladan deşiklerin enjeksiyonuna izin verdiği için daha yüksektir. Duyarlılık yüksek olduğunda iletkenlik de artar. Araştırmacılar ayrıca gümüş katkılı rGO ile ek deneyler de yaptılar ve benzer sonuçlar elde ettiler.
Bu çalışma ise hidrojen sülfür gibi zehirleyici bir gazı tespit etmeye yönelik sensör uygulamalarında altın veya gümüş nanoparçacık katkılı grafen oksit malzemesi yakın gelecekte kullanılabileceğini gösteren ilk çalışma oldu.
Hazırlayan: Gökhan Atmaca | http://twitter.com/kuarkatmaca – http://facebook.com/anadoluca
Nanoscale Devices and Carrier Transport Group – Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Grubu
Kaynaklar:
*Bu çalışma, Kuark Bilim Topluluğu Fizik Çalışma Grubu ve Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Grubu faaliyetleri kapsamında hazırlanmıştır.
