Team udvikler kemisk løsning til grafenudfordringer

Der er ingen tvivl om, at grafen er et rigtig fedt materiale. Det er det tyndeste stof, der nogensinde er lavet, et et-atom-tykt ark af kulstofatomer arrangeret i et sekskantet bikagemønster. Selvom den er stiv som diamant og hundredvis af gange stærkere end stål, den er fleksibel og strækbar. Oven i købet, det leder elektricitet hurtigere ved stuetemperatur end noget andet kendt materiale, og det kan konvertere lys af enhver bølgelængde til en strøm.

At finde en måde at gøre brug af disse ejendomme har vist sig at være en enorm udfordring, imidlertid. Grafens ekstreme tyndhed gør det kompliceret og dyrt at fremstille i store ark, især store plader med et minimum af fejl. Ud over, ingen har udtænkt effektive industrielle metoder til at håndtere et så tyndt materiale.

Udover det, en af ​​grafens største styrker – dens ekstreme ledningsevne – er også en af ​​dens største svagheder. Når den elektriske strøm begynder at strømme gennem grafen, det er meget svært at tænde og slukke for det, et afgørende krav i digital elektronik. Ifølge teoretiske undersøgelser, det er muligt at slå ledningsevnen af ​​grafen til og fra, hvis den er begrænset til en smal kanal, et grafen nanobånd. Imidlertid, den praktiske realisering af disse nanobånd er udfordrende på grund af deres ekstremt lille størrelse - deres bredde er omkring 100, 000 gange mindre end diameteren af ​​et gennemsnitligt menneskehår.

Nu, imidlertid, i det mindste nogle af disse udfordringer kan have fundet et svar i nyere forskning udført ved University of Nebraska-Lincoln.

Et team af forskere ledet af Alexander Sinitskii har udviklet en kemisk tilgang til masseproduktion af grafen nanobånd, en proces, der kan give mulighed for at udnytte grafens ledningsevne.

Sinitskii, en assisterende professor i kemi med en dobbelt ansættelse i UNL's Nebraska Center for Materials and Nanoscience, sagde tidligere indsats fra hans og andre forskergrupper på at skabe grafen nanobånd fulgte en top-down tilgang, ved hjælp af litografi og ætseproces for at forsøge at skære bånd ud af grafenark.

Selvom disse processer fungerer godt i halvlederindustrien, hvor siliciumtransistorfunktioner så små som 22 nanometer (22 milliardtedele af en meter) er skåret ud af store siliciumkrystaller, de virker ikke med grafen nanobånd, som skal være så smal som 2 nanometer, sagde Sinitskii.

Følgelig, han og hans samarbejdspartnere prøvede en anden, i sidste ende vellykket tilgang, som de beskrev i 10. februar-udgaven af Naturkommunikation , det online multidisciplinære tidsskrift for Nature Publishing Group.

"I stedet for at starte med et stort ark grafen og prøve at skære det ned til noget lille - essensen af ​​en top-down tilgang - besluttede vi at bruge en bottom-up tilgang, lave små grafen nanobånd ved at koble endnu mindre organiske molekyler, " sagde Sinitskii.

"Når du udvikler en metode til fremstilling af grafen nanobånd, der er to problemer, du skal løse:hvordan man fremstiller meget smalle bånd med atomær præcision, og hvordan man fremstiller dem i store mængder. Den metode, vi udviklede, løser begge disse problemer. Hele processen udføres ved våd kemi i en kolbe, og, det kan nemt skaleres op. Vi kan lave et gram, et kilogram, stort set enhver mængde materiale, der er nødvendig"

Fremstilling af bånd af grafen i nanoskala er et vigtigt skridt i at få stoffet til at virke i alle slags elektriske enheder, Sinitskii sagde, fordi båndene har afstembare elektroniske egenskaber.

"Vi tester disse bånd til applikationer inden for elektronik, gassensorer og solceller, ofte i samarbejde med andre UNL-forskere, " sagde han. "Det faktum, at vi kunne tune de elektroniske egenskaber af grafen nanobånd ved at ændre de syntetiske betingelser er meget gavnligt for disse applikationer. Og til praktiske anvendelser, det er også vigtigt, at denne nye metode til syntese af grafen nanobånd kan skaleres op til industrielle skalaer."