石墨烯是一种神奇的二维材料,自2004年首次从石墨中分离出来以来,已被广泛应用于能源、建筑等领域。据计算,石墨烯的耐磨性是钢的200倍。石墨烯听起来似乎很完美,但实际上并非如此。这种碳的二维同素异形体的孤立样品并不是完全平整的, 其表面呈波纹状。
石墨烯还可能存在结构缺陷,在某些情况下,这些缺陷会对其功能造成损害,而在其他情况下,这些缺陷对其所选择的应用至关重要。这意味着,通过控制缺陷的实施,可以对石墨烯二维晶体的理想特性进行微调。
塞尔维亚贝尔格莱德大学温查核科学研究所的米利沃耶·哈季约伊奇和马尔科·乔西奇研究了光子穿过石墨烯时的彩虹散射,以及它如何揭示这种神奇材料的结构和缺陷。
虽然还有其他研究石墨烯瑕疵的方法,但这些方法都有缺点。例如,拉曼光谱无法区分某些缺陷类型,而高分辨率透射电子显微镜能以出色的分辨率表征晶体结构缺陷,但其使用的高能电子会使晶格退化。
“彩虹效应在自然界中并不罕见。在原子和分子散射中也发现了彩虹效应。它是在薄晶体的离子散射实验中被探测到的。我们从理论上研究了低能质子在石墨烯上的散射,证明彩虹效应也发生在这一过程中。”相关研究人员说,“此外,我们还证明,可以通过质子彩虹散射效应研究石墨烯结构和热振动。”
二人利用一种称为彩虹散射的过程,观察了质子穿过石墨烯时所产生的衍射以及所形成的“彩虹”图案。
研究人员对衍射图样进行了特征描述,发现完美的石墨烯呈现出彩虹图案,其中中间部分是一条单线,内部部分呈现出六边形对称图案,而不完美的石墨烯则不具备这种对称性。
科学家们还得出结论,特定的缺陷类型会产生各自不同的彩虹图案,这可以在未来的研究中用于识别和表征石墨烯样品中的缺陷类型。
哈季约伊奇总结说:“我们的方法相当独特,有可能成为石墨烯和类似二维材料的一种有用的补充表征技术。” (综合整理报道)(策划/罗媛)