Synthese von ungeschichtetem Graphen aus Kohlenstofftröpfchen: In Sternen und im Labor
Synthesis of unlayered graphene from carbon droplets: In stars and in the lab
Résumé
Mikrometergroße präsolare Teilchen von dem Meteorit Murchison bildeten sich, so kann es aus der isotopischen Zusammensetzung gefolgert werden, in der Umgebung von AGB (asymptotischen Riesenast)-Sternen aus kurz zuvor entstandenen Kohlenstoffatomen. Zu diesen präsolaren Teilchen zählen graphitberandete Teilchen mit und ohne kugelförmigem Kern aus {\em einander kreuzenden} Graphenschichten. Der Ursprung dieses ungeschichteten Materials, das eine Dichte ähnlich der von Graphit besitzt, war ein Rätsel, da sp2-Kohlenstoff häufig selbst dann eine Schichtung (die beispielsweise mittels Elektronenbeugung beobachteten 0.34-Nanometer-Abstände) aufweist, wenn er nahezu amorph ist. Wir zeigen auf, dass derartige Teilchen, bestehend aus Kern und Umhüllung, im Labor in einem "Kohlenstoffverdunstungsofen" hergestellt werden können. Dort kondensieren die Kerne vermutlich als unterkühlte Tropfen flüssigen Kohlenstoffs, der langsam genug fest wird, dass die Graphenschichten mit gegenseitigen Kreuzungen wachsen können. Schichtkohärenzbreiten von 1 bis 2 (verglichen mit 4) Nanometern in unseren ersten "selbsterzeugten" Kernen sprechen für im Vergleich zum präsolaren Fall kürzere Erstarrungszeiten. Die Beobachtungen ebnen der Weg, astrophysikalische Dampfkondensation zu simulieren und damit weitere Laborexperimente zu ermöglichen. Die Temperaturen und Drücke, die nötig sind, um unterkühlte flüssige Tropfen wachsen zu lassen, legen nahe, dass sich die Teilchen, bestehend aus Kern und Umhüllung, während des dritten "dredge-up" im innersten Teil der Photosphäre bildeten, nicht in äußeren Sternenwinden. Dieses präsolare Material hat möglicherweise bereits beispiellose diffusionshindernde Eigenschaften. Allerdings bleibt die Synthese von Schichten mit höherer Kohärenzbreite im Labor eine Herausforderung.
Micron-sized presolar particles from meteorite Murchison show isotopic evidence of formation from freshly made carbon atoms, around asymptotic giant branch stars. These include graphite-rimmed particles with and without a spherical core of apparently intergrown graphene. The origin of this unlayered material (with a density near that of graphite) was a puzzle, since sp2 carbon often shows layering (e.g. 0.34 nanometer spacing in electron diffraction or images) even when nearly amorphous. We show that such core-rim particles can be grown in a laboratory evaporating carbon oven, where the cores likely condense as supercooled droplets of carbon liquid that solidify slowly enough for intergrowth of graphene sheets. Sheet coherence widths from 1 to 2 (compared to 4) nanometers in our first homemade cores suggest solidification times shorter than for the presolar case. The observations point the way to simulating astrophysical carbon vapor condensation, setting the stage for more laboratory experiments. The temperatures and pressures needed to grow supercooled liquid droplets suggest that the core-rim particles formed in third dredge-up eruptions at the photosphere base, rather than in external stellar winds. This presolar material may already have unprecedented properties in blocking diffusion, although synthesizing increased coherence-width sheets in the lab remains a challenge.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Loading...