Une procédure pratique pour visualiser les défauts sur les couches de graphène en cartographiant la surface des matériaux carbonés avec un agent de contraste approprié a été introduite par une équipe de chercheurs de l'Institut Zelinsky de chimie organique de l'Académie des sciences de Russie (Moscou) impliquée dans un projet de collaboration internationale. Une nouvelle procédure de tomographie d'imagerie a révélé des modèles organisés de défauts sur de grandes surfaces de surfaces de carbone. Plusieurs types de défauts à la surface du carbone peuvent être « captés » et capturés sur l'image microscopique en quelques minutes. L'article décrivant la recherche a été publié dans Sciences chimiques , le journal de la Royal Society of Chemistry.

Le graphène et les matériaux 2D associés devraient devenir les composés du siècle. Ce n'est pas surprenant - le graphène est extrêmement fin et fort, et il possède des caractéristiques électriques et thermiques exceptionnelles. L'impact d'un matériau aux propriétés si uniques est prometteur. Les scientifiques prévoient l'apparition imminente de nouvelles applications biomédicales, une nouvelle génération de matériaux intelligents, conversion de la lumière très efficace et photocatalyse renforcée par le graphène. Cependant, une pierre d'achoppement est que de nombreuses propriétés et capacités uniques sont liées uniquement au graphène parfait avec un nombre contrôlé de défauts. Cependant, en réalité, la surface idéale de graphène sans défaut est difficile à préparer, et les défauts peuvent avoir différentes tailles et formes. En outre, le comportement dynamique et les fluctuations rendent les défauts difficiles à localiser. Le processus de numérisation de grandes surfaces de feuilles de graphène afin de découvrir les emplacements des défauts et d'estimer la qualité du matériau est une tâche fastidieuse, et il existe un manque de méthodes directes simples pour capturer et visualiser les défauts à la surface du carbone.

Un projet de recherche conjoint mené par Ananikov et ses collègues a révélé un agent de contraste spécifique - le complexe de palladium soluble - qui se fixe sélectivement aux zones de défaut à la surface des matériaux carbonés. La fixation du Pd conduit à la formation de nanoparticules, qui peut être facilement détecté à l'aide d'un microscope électronique de routine. Plus le centre de carbone est réactif, le plus fort est la liaison de l'agent de contraste dans la procédure d'imagerie. Ainsi, les centres de réactivité et les sites de défauts sur une surface de carbone ont été cartographiés dans un espace tridimensionnel avec une résolution élevée et un excellent contraste à l'aide d'une procédure d'imagerie à l'échelle nanométrique pratique. La procédure développée distinguait les défauts du carbone non seulement en raison de la différence dans leur morphologie, mais aussi en raison de la réactivité chimique variable. Par conséquent, cette approche d'imagerie permet de visualiser la réactivité chimique avec une résolution spatiale.

La cartographie des centres de réactivité du carbone avec des "marqueurs Pd" a donné un aperçu unique de la réactivité des couches de graphène. Comme le révèle l'étude, plus de 2000 centres réactifs peuvent être localisés par 1 m ² de la surface d'un matériau carboné ordinaire. L'étude a souligné la complexité spatiale du matériau carboné à l'échelle nanométrique. La cartographie de la densité des défauts de surface a montré des gradients et des variations substantiels à travers la surface, qui peuvent posséder des structures organisées de défauts.

Application médicale de l'imagerie (tomographie) au diagnostic, y compris l'utilisation d'agents de contraste pour plus de précision et une observation plus facile, a prouvé son utilité depuis de nombreuses années. La présente étude met en évidence une nouvelle possibilité dans les applications de tomographie pour effectuer des diagnostics de matériaux à l'échelle atomique.