Langt og smalt, fri for fejl, og opløseligt:​​grafen nanobånd ved bottom-up syntese

(PhysOrg.com) -- Elektroniske komponenter baseret på grafen kan gøre vores nuværende siliciumbaserede elektronik forældet. grafen, en mere nyligt opdaget form for kulstof, består af todimensionelle plader af aromatiske seksleddede kulstofringe i et honeycomb-arrangement. I modsætning til udvidede grafenlag, smalle grafen nanobånd har halvledende egenskaber og kunne derfor være kandidater til elektroniske applikationer.

Klaus Müllen og et team fra Max Planck Institute for Polymer Research i Mainz har nu introduceret en ny metode til syntese af lange, smalle grafenbånd med definerede dimensioner i journalen Angewandte Chemie.

Tidligere, grafenbånd blev hovedsageligt skåret ud af større grafenplader eller blev opnået ved at skære åbne kulstofnanorør på langs. Imidlertid, med disse metoder er det umuligt at fremstille bånd, der har et præcist fastlagt forhold mellem bredde og længde samt definerede kanter. Disse detaljer er vigtige, fordi de bestemmer de elektroniske egenskaber af båndene. Der er således søgt efter en metode, der tillader kontrolleret produktion af meget smalle grafenbånd – en ekstremt svær udfordring. De tyske forskere, der arbejder med Müllen, er nu godt på vej til at overvinde det. De starter ikke med store strukturer til at skære op (top-down); i stedet bygger de deres bånd af mindre komponenter (bottom-up).

Byggestenene udvalgt af Müllen og hans team er lange kæder af aromatiske seksleddede kulstofringe kaldet polyphenlyener. I modsætning til tidligere tilgange, de producerede ikke lige kæder; i stedet lavede de dem med en fleksibel, zigzagging, bøjet rygrad. Desuden, de fæstnede kulbrintesidekæder til rygraden for at øge opløseligheden i organiske opløsningsmidler, som tillader forbindelserne at blive syntetiseret og bearbejdet i opløsning.

Næste trin er en reaktion, der spalter brint (dehydrogenering). Dette forårsager en ringlukkende reaktion i hver spidse spids af zigzag, danner en ny aromatisk seksleddet kulstofring, der deler side med tre naboringe - kæden forvandles til et smalt bånd.

På denne måde holdet var i stand til at producere en række forskellige nanobånd med længder på over 40 nm. Bredden af ​​båndet blev defineret af størrelsen af ​​"punkterne" af polyphenylenprecursoren. De resulterende bånd er fri for defekter og opløselige i almindelige organiske opløsningsmidler.

"Vi har været de første til at demonstrere, at strukturel perfektion kan opnås ved den klassiske bottom-up syntese af definerede grafen nanobånd, ” siger Müllen. "Opløseligheden af ​​båndene er et vigtigt krav til storskalaproduktion af elektroniske komponenter."