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Nanometrologia quantitativa utilizando feixes de íons

Müller, Matheus Vicente Wrasse Wiebusch
Fonte: Universidade Federal do Rio Grande do Sul Publicador: Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Tipo: Conferência ou Objeto de Conferência Formato: application/pdf
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A Simple mathematical method used to describe the indenter tip area function

Costa, Pedro Bastos; Machado, Renato Reis
Fonte: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia Publicador: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia
Tipo: Trabalho apresentado em evento / Paper
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5 f. : il.; The method called instrumented indentation test (IIT) emerged as a technique capable to characterise several materials in nanoscale, like nanostructural material, thin film, ceramic material, etc., independently of hardness. The acceptation of this new technique requires, of course, reliable test results where, one of the way to obtain this confidence is to knowing the sources of the testing error in order to minimise them. This work has as main objective to present a simple methodology to get one of these sources by a mathematical computation to determining the geometry of the Berkovich diamond indenter used in the IIT focusing on the very tip of this indenter up to 200nm height by adjusting the curves that better describe this range.

Uma aplicação de ajuste de curvas a um problema de nanodureza

Costa, Pedro Bastos
Fonte: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia Publicador: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia
Tipo: Trabalho apresentado em evento / Paper
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6 f. :il.; Com o desenvolvimento das técnicas de medição e os aprimoramentos nos equipamentos utilizados para caracterização de materiais em escalas nanométricas, é de extrema importância à garantia na qualidade dos resultados desse tipo de ensaio. A utilização dos métodos conhecidos como EPI (Ensaio por Penetração Instrumentada) demanda estudos de forma a minimizar erros ou possíveis problemas que possam influenciar diretamente os resultados dos ensaios. Este trabalho tem por objetivo mostrar uma nova metodologia para minimizar a influência de uma dessas possíveis fontes de erro – a determinação da geometria dos penetradores em faixas de penetração menores que 200 nm –, através da aplicação de ajuste de curvas que melhor descrevam a geometria dos penetradores.

Uma aplicação de ajuste de curva a um problema de nanociência

Costa, Pedro Bastos; Barbosa, Augusto César de Castro
Fonte: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia Publicador: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia
Tipo: Artigo de Revista Científica
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20 p. : il.; Com o desenvolvimento das técnicas de medição e os aprimoramentos nos equipamentos utilizados para caracterização de materiais em escalas nanométricas, é de extrema importância a garantia na qualidade dos resultados desse tipo de ensaio. A utilização dos métodos conhecidos como EPI (Ensaio por Penetração Instrumentada) demanda estudos de forma a minimizar erros ou possíveis problemas que possam influenciar diretamente os resultados dos ensaios. Este trabalho tem por objetivo mostrar uma nova metodologia para minimizar a influência de uma dessas possíveis fontes de erro – a determinação da geometria dos penetradores em faixas de penetração menores que 200 nm –, através da aplicação de ajuste de curvas que melhor descrevam a geometria dos penetradores.

A new partially isostatic method for fast debinding of low-pressure injection molded ceramic parts

Zorzi, Janete Eunice; Perottoni, Cláudio Antônio; Jornada, João Alziro Herz da
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Tipo: Artigo de Revista Científica
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5 p. : il.; Injection molding has many important advantages over other methods for the production of advanced ceramic bodies with complex shapes. However, the particle size has been a limiting factor both in conventional injection molding as well as in low-pressure injection molding (LPIM). Besides that, both low- and high-pressure processes are very often limited to the production of thin ceramic bodies, due to common problems arising in the debinding stage. In this paper, we present a new method for fast debinding of relatively large cross-section ceramic parts (f10 mm) with particle size less than 0.5 Am that we call partially isostatic debinding. The green body is embedded in a ceramic powder bed subjected to external pressure. A substantial extraction of the organic additives was achieved in just a few hours. Sintered alumina bodies with large cross section can be obtained free of defects, with little distortion and densities higher than 98% of the theoretical value.

Nanometrology regime in length measurements of material artefacts with nominal lengths up to 100 mm

Titov, Alexandre; Massone, Carlos Alberto; Malinovsky, Igor
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Tipo: Trabalho apresentado em evento / Paper
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6 f. : il.; New calibrated double-sided method of interferometric length measurements with quartz reference plate is reported. The method is free from wringing errors, and can be used for the improvement of measurements of material artefacts. Limitations of the interferometric measurements are discussed. Some systematic errors are measured with a sub-nanometer resolution.

Nanoestruturas de carbono: novos materiais para o futuro

Archanjo, Bráulio Soares; Ferreira, Erlon Henrique Martins; Delgado, Jéssica Rosaura Campos; Campos, Andréa Porto Carreiro; Baptista, Daniel Lorscheitter; Almeida, Clara Muniz da Silva de; Oliveira, Victor Carozo Góis de; Damasceno, Jailton Carreteiro
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Tipo: Trabalho apresentado em evento / Paper
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2 f.; O nanômetro é a milionésima parte do milímetro e o estudo do comportamento da natureza nessa escala tem trazido vários avanços em diferentes áreas da ciência. Esses avanços, juntamente com idéias inovadoras, têm originado novas tecnologias e visivelmente muitas ainda estão por vir. Nesse sentido, o carbono apresenta-se como elemento promissor para a nanotecnologia uma vez que é bastante versátil, possuindo a capacidade de formar diferentes estruturas, principalmente na escala nanométrica. Nos últimos anos, diferentes estruturas de carbono foram descobertas, das quais podemos citar os fulerenos – moléculas de carbono com sessenta átomos, nanotubos de carbono, nanofitas de carbono e grafenos. O grafeno é uma única camada de átomos de carbono arranjados em uma rede hexagonal que foi descoberta em 2004. Essa descoberta foi realizada pelos professores Andre Geim e Konstantin Novoselov da Universidade de Manchester, os quais ganharam o Prêmio Nobel de Física de 2010. A Divisão de Metrologia de Materiais (Dimat) do Inmetro tem estudado as nanoestruturas de carbono desde sua criação em 2005. O enfoque destes estudos tem sido principalmente no desenvolvimento de material de referência, e a pesquisa de novos dispositivos o que envolve pesquisa de base para se entender de forma aprofundada o comportamento dessas nanoestruturas.

Química computacional como subsídio ao desenvolvimento de material de referência e padrão metrológico de hidroxiapatita

Cordeiro, Rodrigo Maghdissian; Granjeiro, José Mauro
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Tipo: Trabalho apresentado em evento / Paper
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2 f. : il.; A hidroxiapatita, Ca10(PO4)6(OH)2, pertence a uma classe de minerais que desempenham um papel crucial na formação de dentes e ossos. Nestes últimos, a fase mineral está localizada entre as fibras de colágeno e apresenta-se como nanocristais na forma de placas de aproximadamente 30 × 50 × 2 nm. Novas tendências apontam para o uso da chamada hidroxiapatita nanocristalina na fabricação de próteses e implantes ósseos, pois além de biocompatível, ela pode ser facilmente produzida em laboratório por via úmida ou por deposição a vácuo. Do ponto de vista metrológico, há uma série de questões relacionadas à caracterização da estrutura superficial da hidroxiapatita nanocristalina e de sua interface com o meio biológico.

Isothermal equation of state for the skutterudites CoSb3 and LaFe3CoSb12

Kraemer, Airton Carlos; Perottoni, Cláudio Antônio; Jornada, João Alziro Herz da
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Tipo: Artigo de Revista Científica
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4 p. : il.; The thermoelectric materials CoSb3 and LaFe3CoSb12 with skutterudite structure were subjected to high pressures using a diamond anvil high-pressure cell up to 20 GPa. Energy-dispersive X-ray diffraction was used to determine the dependence of the lattice parameter on pressure. No major change in the X-ray diffraction spectra was observed for both compounds, constituting evidence that both compounds are stable within this pressure range, despite their relatively open structures. Three distinct isothermal equations of state for solids under high pressure were fitted to the experimental data to determine the bulk modulus for both compounds. The filled skutterudite showed a greater compressibility than the unfilled one, this difference can be understood in terms of the larger lattice parameter of the former.

Adhesion between CVD diamond and WC-Co induced by high-pressure and high-temperature

Santos, Sérgio Ivan dos; Balzaretti, Naira Maria; Jornada, João Alziro Herz da
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Tipo: Artigo de Revista Científica
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5 p. : il.; An innovative route to promote adhesion between CVD diamond and WC-Co substrate, based on a high-pressure and high-temperature processing, is presented. It was investigated the brazing of the film on the substrate using a AgCu–Ti (5 wt.%) filler and the possibility of promoting adhesion without filler at the interface. The advantages of using high-pressure are related to the diamond stability, the minimization of voids at the interface and the enhancement of the diffusion along the interface. The adhesion was evaluated through an adapted shear strength test. The best results for brazing with a AgCu(Ti) filler were obtained in the pressure range between 2.5 and 5 GPa, for temperatures from 900 to 1000 -C. Also, excellent results were obtained without the brazing filler for the pressure range between 2.5 and 7.7 GPa and temperatures higher than 1200 -C.

Hardness and wear resistance of B4C ceramics prepared with several additives

Zorzi, Janete Eunice; Perottoni, Cláudio Antônio; Jornada, João Alziro Herz da
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Tipo: Artigo de Revista Científica
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4 p. : il.; Boron carbide-based ceramics were obtained by pressureless sintering at 2250 -C in the presence of several additives (C, B, TiB2 and SiC). All the samples were prepared under the same conditions, thus improving uniformity and comparability for method-dependent properties such as microhardness and abrasive wear resistance. While the addition of carbon improved relative density, samples with TiB2 showed best overall performance, with an increase in microhardness and wear resistance (as compared to pure B4C). The improvement in mechanical properties with the addition of TiB2 suggests it could be considered as a low-cost alternative to improve hardness and wear resistance of B4C-based ceramics.

Evaluation of the adhesion strength of diamond films brazed on K-10 type hard metal

Santos, Sérgio Ivan dos; Casanova, Carlos Alberto Medeiros; Teixeira, Cleiton Rodrigues; Balzaretti, Naira Maria; Jornada, João Alziro Herz da
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Tipo: Artigo de Revista Científica
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6 p. : il.; The coating of cutting tools with diamond films considerably increases the tool performance due to the combination of the unique tribological properties of diamond with the bulk properties of the substrate (toughness). The tool performance, however, is strongly related to the adhesion strength between the film and the substrate. In this work our main goal was to propose and to test a procedure, based on a tensile strength test, to evaluate the adhesion strength of a diamond wafer brazed on a hard metal substrate, taking into account the effect of the brazing temperature and time. The temperature range studied was from 800 to 980 °C and the brazing time ranged from 3 to 40 min. The obtained results could be used to optimize the costs and time required to the production of high performance cutting tools with brazed diamond wafers.

Fluorescent compacts prepared by the entrapment of benzoxazole type dyes into a silica matrix at high pressure

Costa, Tânia Maria Haas; Stefani, Valter; Jornada, João Alziro Herz da
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Tipo: Artigo de Revista Científica
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5 p. : il.; We have produced silica-gel compacts doped with 2,5-Bis(benzoxazol-2´-yl)-4-methoxyphenol dye using high-pressure processing of powders synthesized by the sol–gel technique. The high-pressure compaction of powders with three different dye concentrations was done at 4.5 GPa and room temperature. We have measured optical and mechanical properties of the obtained compacts. They were very stable, transparent, crack free, hard (3.56 ± 0.07 GPa) and dense (1.95 ± 0.03 g/cm3), being resistant to polishing and leaching, which enables its use in optical applications. The Stokes shift observed was higher than 100 nm indicating that the intramolecular proton-transfer in the electronically excited state (ESIPT) of this dye is maintained, even in an OH rich environment like silica. A shift to higher wavelength in the fluorescence spectra of the compacts, attributed to the increasing in the conjugation of the pi system, was observed.

Moldagem por injeção em baixa pressão de peças complexas de cerâmicas avançadas produzidas com pós submicrométricos

Zorzi, Janete Eunice; Perottoni, Cláudio Antônio; Jornada, João Alziro Herz da
Fonte: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia Publicador: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia
Tipo: Artigo de Revista Científica
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7 p. : il.; A moldagem por injeção em baixa pressão (MIBP) tem constituido, nos últimos anos, uma excelente alternativa para a produção de pequenos lotes de peças cerâmicas diversificadas e com formas complexas. Esta técnica de conformação é relativamente simples e barata, mas apresenta diversos problemas na etapa de extração dos ligantes, principalmente quando o pó cerâmico e muito fino e as peças possuem grande seção transversal. Neste trabalho é descrita uma metodologia específica para a produção de peças cerâmicas por moldagem por injeção a baixa pressão de alumina submicrometrica (0,4 µm), incluindo a formulação da mistura para injeção, bem como detalhes do processo de extração dos ligantes orgânicos utilizados na moldagem. Para o desenvolvimento deste processo fez-se necessário (i) entender melhor o processo de MIBR, (ii) desenvolver a formulação da mistura de pó cerâmico e aditivos orgânicos, (iii) confeccionar moldes adequados para a injeção a baixas pressões e (iv) otimizar os parâmetros de injeção. A metodologia desenvolvida neste trabalho, possibilita a confecção de peças cerâmicas complexas, com seção transversal relativamente grande, permitindo uma produção robusta de pequenos lotes de peças cerâmicas diversificadas com ótima qualidade e excelente reprodutibilidade. ____________________________________________________________________________________.; ABSTRACT: In the past years...

Bonding CVD diamond to WC-Co by high pressure : high temperature processing

Balzaretti, Naira Maria; Pereira, Altair Soria; Camerini, Rafael Vieira; Santos, Sérgio Ivan dos; Jornada, João Alziro Herz da
Fonte: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia Publicador: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia
Tipo: Artigo de Revista Científica
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6 p. : il.; ABSTRACT: In this work we investigate the effect of processing at high pressure-high temperature (HPHT) on the adhesion of CVD diamond coatings on WC-Co substrates. The samples consisted of WC-Co substrates coated with thin diamond films (10 – 40 μm thick) grown by microwave plasma (MWCVD) CVD. The substrates were previously etched in order to remove the Co from the surface region. The adhesion of the film and its wear resistance improved after the HPHT treatment. SEM images of the cross section of the coated substrate revealed that Co infiltrated back to the region where it was previously removed. The results indicate that it is possible to take advantage of the HPHT plants already available around the world to produce, besides PCD’s and diamond powder, high-performance CVD diamond cutting tools with the advantage of requiring less demanding processing conditions.

Fitting the flow curve of a plastically deformed silicon steel for the prediction of magnetic properties

Sablik, Martin J.; Landgraf, Fernando José Gomes; Bosco, Rodrigo Magna; Fukuhara, Marcos; Campos, Marcos Flávio de; Machado, Rogério
Fonte: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia Publicador: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia
Tipo: Artigo de Revista Científica
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4 p. : il.; We report measurements and modelling of magnetic effects due to plastic deformation in 2.2% Si steel, emphasizing new tensile deformation data. The modelling approach is to take the Ludwik law for the strain-hardening stress and use it to compute the dislocation density, which is then used in the computation of magnetic hysteresis. A nonlinear extrapolation is used across the discontinuous yield region to obtain the value of stress at the yield point that is used in fitting Ludwik’s law to the mechanical data. The computed magnetic hysteresis exhibits sharp shearing of the loops at small deformation, in agreement with experimental behavior. Magnetic hysteresis loss is shown to follow a Ludwik-like dependence on the residual strain, but with a smaller Ludwik exponent than applies for the mechanical behavior.

Influence of the degradation of the organic matrix on the microscopic fracture behavior of trabecular bone

Fantner, Georg E.; Birkedal, Henrik; Kindt, Johannes H.; Hassenkam, Tue; Weaver, James C.; Cutroni, Jacquelin A.; Bosma, Bonnie L.; Bawazer, Lukmaan; Finch, Marquesa M.; Cidade, Geraldo Antônio Guerrera; Morse, Daniel E.; Stucky, Galen D.; Hansma, Paul K
Fonte: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia Publicador: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia
Tipo: Artigo de Revista Científica
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10 p. : il.; In recent years, the important role of the organic matrix for the mechanical properties of bone has become increasingly apparent. It is therefore of great interest to understand the interactions between the organic and inorganic constituents of bone and learn the mechanisms by which the organic matrix contributes to the remarkable properties of this complex biomaterial. In this paper, we present a multifaceted view of the changes of bone’s properties due to heat-induced degradation of the organic matrix. We compare the microscopic fracture behavior (scanning electron microscopy; SEM), the topography of the surfaces (atomic force microscopy; AFM), the condition of bone constituents [X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), and gel electrophoresis), and the macromechanical properties of healthy bovine trabecular bone with trabecular bone that has a heat-degraded organic matrix. We show that heat treatment changes the microfracture behavior of trabecular bone. The primary failure mode of untreated trabecular bone is fibril-guided delamination, with mineralized collagen filaments bridging the gap of the microcrack. In contrast, bone that has been baked at 2008C fractures nondirectionally like a brittle material...

Análise numérica bidimensional da morfologia dendrítica do níquel e do ferro utilizando o método de campo de fase

Furtado, Henrique Silva; Bernardes, Américo Tristão; Machado, Romuel Figueiredo; Silva, Carlos Antônio da
Fonte: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia Publicador: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia
Tipo: Artigo de Revista Científica
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6 p : il.; Nesse trabalho, são apresentados os resultados de simulações bidimensionais da formação de dendritas durante a solidificação do níquel e do ferro puros, utilizando um modelo de campo de fase. A morfologia obtida mostrou- se qualitativamente semelhante à forma dendrítica, com braços primários e secundários bem desenvolvidos. Além disso, as velocidades de crescimento em regime permanente, calculadas no presente trabalho, apresentaram boa conformidade com os dados experimentais em uma grande faixa de super-resfriamentos. Foi observado que a espessura da interface apresenta um forte efeito sobre a morfologia e a velocidade de solidificação. Interfaces espessas reduzem o tempo computacional; entretanto podem gerar resultados inconsistentes. A espessura que apresentou os melhores resultados sem aumento acentuado do tempo de processamento foi 4x10-8m. _______________________________________________________.; ABSTRACT: Numerical results for the solidification morphologies of pure Nickel and Iron, obtained by a two dimensional Phase Field model, conformed qualitatively well with the dendritic form, clearly depicting developed primary and secondary branches. Additionally, the steady state solidification velocity obtained in the present simulations fitted the experimental data over a wide range of undercoolings. It has been observed that the solid-liquid interface thickness has a strong effect on both the morphology and steady state solidification velocity. A thicker interface which might reduce computation time may produce inconsistent results. The best results were obtained using an interface 4x10-8m thick.

Quantifying ion-induced defects and Raman relaxation length in graphene

Lucchese, Márcia Maria; Stavale Júnior, Fernando Loureiro; Ferreira, Erlon Henrique Martins; Vilani, Cecília; Moutinho, Marcus Vinicius de Oliveira; Capaz, Rodrigo Barbosa; Achete, Carlos Alberto; Vasconcelos, Ado Jorio de
Fonte: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia Publicador: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia
Tipo: Artigo de Revista Científica
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5 p. : il.; Raman scattering is used to study disorder in graphene subjected to low energy (90 eV) Ar+ ion bombardment. The evolution of the intensity ratio between the G band (1585 cm 1) and the disorder-induced D band (1345 cm 1) with ion dose is determined, providing a spectroscopy- based method to quantify the density of defects in graphene. This evolution can be fitted by a phenomenological model, which is in conceptual agreement with a well-established amorphization trajectory for graphitic materials. Our results show that the broadly used Tuinstra-Koenig relation should be limited to the measure of crystallite sizes, and allows extraction of the Raman relaxation length for the disorder-induced Raman scattering process.

Hysteresis in the resistance of a graphene device induced by charge modulation in the substrate

Brant, Juliana Caldeira; Eras, Jorge Augusto Leon; Barbosa, Tiago Campolina; Araújo, Eduardo Nery Duarte de; Archanjo, Bráulio Soares; Plentz Filho, Flávio Orlando.; Alves, Edenise Segala
Fonte: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia Publicador: Inmetro - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia
Tipo: Artigo de Revista Científica
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3 p. : il.; We have fabricated graphene devices on lightly doped Si substrates and show that pronounced changes in resistance versus gate voltage, R Vg , characteristics of these devices at 77 K are induced by the variation in the charge distribution in substrate with both gate voltage and illumination. The R Vg of the graphene devices in the dark shows remarkable changes as the carriers in the underlying substrate go through accumulation, depletion, and inversion regimes. We demonstrate the possibility of using a graphene device as an optical-latch.