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Florian Banhart
Author with expertise in Graphene: Properties, Synthesis, and Applications
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Structural Defects in Graphene

Florian Banhart et al.Nov 23, 2010
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Graphene is one of the most promising materials in nanotechnology. The electronic and mechanical properties of graphene samples with high perfection of the atomic lattice are outstanding, but structural defects, which may appear during growth or processing, deteriorate the performance of graphene-based devices. However, deviations from perfection can be useful in some applications, as they make it possible to tailor the local properties of graphene and to achieve new functionalities. In this article, the present knowledge about point and line defects in graphene are reviewed. Particular emphasis is put on the unique ability of graphene to reconstruct its lattice around intrinsic defects, leading to interesting effects and potential applications. Extrinsic defects such as foreign atoms which are of equally high importance for designing graphene-based devices with dedicated properties are also discussed.
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Irradiation effects in carbon nanostructures

Florian BanhartJul 30, 1999
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The paper reviews the principles of interaction of energetic particles with solid carbon and carbon nanostructures. The reader is first introduced to the basic mechanisms of radiation effects in solids with particular emphasis on atom displacements by knock-on collisions. The influence of various parameters on the displacement cross sections of carbon atoms is discussed. The types of irradiation-induced defects and their migration are described as well as ordering phenomena which are observable under the non-equilibrium conditions of irradiation. The main part of this review deals with alterations of carbon nanostructures by the electron beam in an electron microscope. This type of experiment is of paramount importance because it allows in situ observation of dynamic processes on an atomic scale. In the second part, radiation effects in the modifications of elemental carbon, in particular in graphite which forms the crystallographic basis of most carbon nanostructures, are treated in detail. It follows a review of the available experimental results on radiation defects in carbon nanostructures such as fullerenes, nanotubes and carbon onions. Finally, the phenomena of structure formation under irradiation, in particular the self-assembling of spherical carbon onions and the irradiation-induced transformation of graphitic nanoparticles into diamond, are presented and discussed qualitatively in the context of non-equilibrium structure formation.
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Spongy Graphene as a Highly Efficient and Recyclable Sorbent for Oils and Organic Solvents

Hengchang Bi et al.Jun 20, 2012
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Abstract In this work, spongy graphene (SG), a shape‐mouldable and nanoporous material with a high specific surface area used as a versatile and recyclable sorbent material, is proposed and studied. SG shows highly efficient absorption of not only petroleum products and fats, but also toxic solvents such as toluene and chloroform (up to 86 times of its own weight), requiring no further pretreatment, which is tens of times higher than that of conventional absorbers. Moreover, SG can be regenerated (>10 times) by heat treatment, yielding the full release of adsorbates (>99%). The present work suggests SG a widespread potential for applications in industry as well as topics regarding environmental protection.
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Identification of Electron Donor States in N-Doped Carbon Nanotubes

R. Czerw et al.Aug 11, 2001
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Nitrogen-doped carbon nanotubes have been synthesized using pyrolysis and characterized by scanning tunneling spectroscopy and transmission electron microscopy. The doped nanotubes are all metallic and exhibit strong electron donor states near the Fermi level. Using tight-binding and ab initio calculations, we observe that pyridine-like N structures are responsible for the metallic behavior and the prominent features near the Fermi level. These electron rich structures are the first example of n-type nanotubes, which could pave the way to real molecular heterojunction devices.
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Molecular Junctions by Joining Single-Walled Carbon Nanotubes

Mauricio Terrones et al.Jul 29, 2002
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Crossing single-walled carbon nanotubes can be joined by electron beam welding to form molecular junctions. Stable junctions of various geometries are created in situ in a transmission electron microscope. Electron beam exposure at high temperatures induces structural defects which promote the joining of tubes via cross-linking of dangling bonds. The observations are supported by molecular dynamics simulations which show that the creation of vacancies and interstitials induces the formation of junctions involving seven- or eight-membered carbon rings at the surface between the tubes.
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Coalescence of Single-Walled Carbon Nanotubes

Mauricio Terrones et al.May 19, 2000
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The coalescence of single-walled nanotubes is studied in situ under electron irradiation at high temperature in a transmission electron microscope. The merging process is investigated at the atomic level, using tight-binding molecular dynamics and Monte Carlo simulations. Vacancies induce coalescence via a zipper-like mechanism, imposing a continuous reorganization of atoms on individual tube lattices along adjacent tubes. Other topological defects induce the polymerization of tubes. Coalescence seems to be restricted to tubes with the same chirality, explaining the low frequency of occurrence of this event.
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N-doping and coalescence of carbon nanotubes: synthesis and electronic properties

Mauricio Terrones et al.Mar 1, 2002
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One‐ and Two‐Dimensional Diffusion of Metal Atoms in Graphene

Yanjie Gan et al.Apr 9, 2008
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The migration of individual Au and Pt atoms in graphene layers (see image) is observed by high-resolution TEM. In situ experiments at 600–700 °C show that two-dimensional diffusion within the plane of the layer and the one-dimensional diffusion along the open edges occurs with activation energies of 2.3–2.5 eV. It is shown that metal atoms strongly interact with carbon in graphene.
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