Forskere syntetiserer grafenlignende materiale:Polymer med bikagestruktur

To-dimensionelle kulstoflag, såkaldte grafener, betragtes som en mulig erstatning for silicium i halvlederindustrien. De elektroniske egenskaber ved disse lag kan varieres ved at "indbygge" specifikke arrays af huller i deres struktur. Fysikere hos Empa, Schweiz, sammen med kemikere fra Max Planck Institute for Polymer Research i Mainz, Tyskland, har, for første gang, det lykkedes at syntetisere en grafenlignende porøs polymer med atomnøjagtighed.

Grafen består af et todimensionalt kulstoflag, hvor kulstofatomerne er anbragt på et sekskantet gitter, ligner en honningkage. Carbon nanorør er sammenrullede ark af grafen, og tykke bunker af grafenark danner grafit.

Graphene kan prale af nogle helt særlige egenskaber - det er ekstremt rivefast, en fremragende varmeleder, og forener sådanne modstridende kvaliteter som skørhed og smidighed. Ud over, grafen er uigennemtrængelig for gasser, hvilket gør det interessant for applikationer, der involverer lufttætte membraner. På grund af dets usædvanlige elektroniske egenskaber ses grafen som et muligt substitutmateriale for silicium i halvlederteknologier.

Ved at indsætte huller af en bestemt størrelse og fordeling i grafenark, det bør være muligt at give materialet særlige elektroniske egenskaber. Af disse grunde forskes der på verdensplan intensivt i syntese og karakterisering af todimensionale grafenlignende polymerer. Grafen og grafenlignende polymerer er i øjeblikket varme forskningsemner inden for materialevidenskab, med dette års Körber European Science Award tildelt den hollandske fysiker Andre Geim for hans banebrydende studier inden for todimensionale kulkrystaller.

Ny fremstillingsmetode:"bottom-up" syntese på metaloverflader

Sammen med kolleger fra Max Planck Institute for Polymer Research i Mainz, forskere fra Empas laboratorium "nanotech@overflader" er for første gang lykkedes at syntetisere en grafenlignende polymer med veldefinerede porer. For at opnå denne bedrift tillod forskerne kemiske byggesten af ​​funktionaliserede phenylringe at "vokse" spontant til en todimensionel struktur på et sølvunderlag. Dette skabte en porøs form for grafen med porediametre af et enkelt atom og pore-to-pore mellemrum på mindre end et nanometer.

Indtil nu, porøst grafen er blevet fremstillet ved hjælp af litografiske processer, hvor hullerne efterfølgende ætses ind i materialelaget. Disse huller er, imidlertid, meget større end blot et par atomer i diameter. De er heller ikke så tæt på hinanden og betydeligt mindre præcist formet som med "bottom-up" -teknikken baseret på molekylær selvsamling udviklet af Empa og Max Planck-gruppen. I denne proces slutter de molekylære byggesten sig spontant sammen ved kemisk definerede forbindelsespunkter for at danne en regelmæssig, todimensionelt netværk. Dette gør det muligt at syntetisere grafenlignende polymerer med porer, der er finere, end det er muligt ved nogen anden teknik.

Mere information:

• "Porøse grafener:todimensionel polymersyntese med atompræcision", Marco Bieri, Matthias Treier, Jinming Cai, Kamel Aďt-Mansour, Pascal Ruffieux, Oliver Gröning, Pierangelo Gröning, Marcel Kastler, Ralph Rieger, Xinliang Feng, Klaus Müllen, og Roman Fasel, Chem. Kommun. , 2009, 6919-6921
www.rsc.org/Publishing/Journal… cle.asp? doi =b915190g

• "Highlights in Chemical Science" af «RSC (Royal Society of Chemistry) Publishing»:www.rsc.org/Publishing/ChemSci… neycomb_networks.asp

• "Research Highlight" i Naturkemi :www.nature.com/nchem/reshigh/2… /full/nchem.415.html

Leveret af EMPA