Nieuwe en snellere methode voor de bepaling van materiaaleigenschappen van grafeen

Nieuws - 01 november 2017 - Webredactie 3mE

Peter Steeneken (hoogleraar) en Farbod Alijani (universitair docent)  van de sectie Dynamics of Micro and Nanosystems bij de afdeling Precision and Microsystems Engineering ontwikkelden een nieuwe methode voor het bepalen van materiaaleigenschappen van grafeen met behulp van hoogfrequente niet-lineaire dynamica. Deze nieuwe methode maakt het nauwkeurig meten van de Young’s modulus (elasticiteitsmodulus) van grafeen mogelijk en zorgt voor een potentieel snellere meting. Dit biedt o.a. voordelen bij het karakteriseren van een groot aantal membranen in een productieproces. Deze week publiceerden Peter en Farbod hun artikel ‘Nonlinear dynamic characterization of 2D materials’ in Nature Communications.

In de publicatie beschrijven Peter en Farbod een nieuwe methode om meer te leren over ultradunne materialen die slechts enkele atomen dik zijn, zoals grafeen. Door middel van een elektrostatische kracht van een paar piconewtons brachten ze, samen met promovendus Dejan Davidovikj, grafeen membranen in trilling. Met behulp van een interferometrische opstelling voerden zij de meting uit van de dynamica van deze membranen met sub-nm resolutie bij frequenties van meer dan 10 MHz. Door de membranen hard genoeg aan te slaan worden niet-lineaire resonantiekarakteristieken zichtbaar. Deze karakteristieken zijn al eerder geobserveerd, maar tot op heden ontbrak een goede methode om ze te analyseren. In samenwerking met McGill universiteit (Canada) en de faculteit TNW is een nieuw model ontwikkeld waarmee de niet-lineaire resonanties gebruikt kunnen worden om de Young’s modulus te kunnen bepalen. De Young’s modulus is een parameter die de mechanische elasticiteit van dit nieuwe materiaal beschrijft. De voorspelling is dat in de lagen van een enkel atoom dik de continuümmechanica modellen niet meer toepasbaar zijn. Hierdoor is een goede meting van de Young’s modulus van grafeen van fundamenteel belang. De Young’s modulus van grafeen is echter moeilijk te meten en werd tot nu toe met atomic force microscopy bepaald. Het nadeel hiervan is dat de scherpe punt van de AFM de meting kan beïnvloeden. Bovendien is de nieuwe methode potentieel veel sneller, wat voordelen biedt bij het karakteriseren van een groot aantal membranen in een productieproces.

Lees de publicatie ‘Nonlinear dynamic characterization of 2D materials’

Lees meer over het onderzoek van Peter Steeneken en het onderzoek van de DMN sectie: pme.tudelft.nl/dmn

Peter Steeneken

Farbod Alijani