Knippen en plakken met grafeen

Volgens Bellunato vergt het maken van nanostructuren nog steeds uiterst gecompliceerde productieprocessen, die zich niet lenen voor serieproductie. Ook is het nog nauwelijks gelukt om grafeen selectief chemisch te ‘functionaliseren’, dat wil zeggen: aan de randen van een grafeen nanostructuur andere chemische elementen, zoals zuurstof- of stikstof-atomen, te koppelen. Dit is nodig om van grafeen een veelzijdig bruikbaar nanomateriaal te maken.

Sandwich

Geïnspireerd door eerdere experimenten, besloot Bellunato om dit heel anders aan te pakken, namelijk door een sandwich van plastic en metaal met in het midden een laag grafeen, letterlijk aan stukken te knippen. Dit gebeurt met een microtoom, een mesje van diamant dat met atomaire precisie plakjes afsnijdt.

In het snijvlak van de sandwich komt een perfect schone, één atoom dikke rand van grafeen bloot te liggen, die chemisch voorzien kan worden van andere atomen of moleculen. Ook kan de plak grafeen worden aangesloten op een elektrische spanning, waardoor het als een elektrochemische cel gaat fungeren. Dit is vergelijkbaar met het elektrochemisch coaten van een metaal, maar dan op nanoschaal, want alleen de rand van het grafeen wordt gecoat. Verder kon Bellunato met microscopisch dun afgesneden strookjes sandwich nanoporiën en nanospleten van grafeen van bouwen.

Kruiselings

Ook lukte het om een zogeheten tunnel junction te maken. Deze ontstaat tussen twee elektrische geleiders, als die elkaar op één punt tot op enkele nanometers naderen. Er kan dan toch een minuscuul stroompje tussen de twee geleiders gaan lopen. Omdat de grootte van het stroompje zeer gevoelig is voor de onderlinge afstand van de geleiders, vormt dit tunnel-effect de basis voor allerlei uiterst gevoelige sensoren.

Bellunato: "Deze tunnel junction werkt al. Het is verder een kwestie van de techniek verfijnen, en dan is hij over een jaar of vijf praktisch toepasbaar." De onconventionele technieken die hij ontwikkelde, zullen volgens hem niet primair van belang zijn voor consumentenproducten, maar wel voor geavanceerde onderzoeksinstrumenten.