Polymerbelagte siliciumnanoark - et alternativ til grafen

Silicium nanoplader er tynde, todimensionale lag med enestående optoelektroniske egenskaber, der meget ligner grafen. Skønt, nanoarkene er mindre stabile. Nu har forskere ved det tekniske universitet i München (TUM) for første gang nogensinde, produceret et kompositmateriale, der kombinerer siliciumnanoplader og en polymer, der både er UV-bestandig og nem at behandle. Dette bringer forskerne et væsentligt skridt tættere på industrielle applikationer som fleksible skærme og fotosensorer.

I lighed med kulstof, silicium danner todimensionelle netværk, der kun er et atomlag tykt. Ligesom grafen, for hvis opdagelse Andre Geim og Konstantin Novoselov modtog Nobelprisen i 2010, disse lag har ekstraordinære optoelektriske egenskaber. Silicium nanoplader kan således finde anvendelse i nanoelektronik, for eksempel i fleksible displays, felteffekttransistorer og fotodetektorer. Med sin evne til at lagre lithiumioner, det er også under overvejelse som et anodemateriale i genopladelige lithiumbatterier.

"Silicon nanosheets er særligt interessante, fordi nutidens informationsteknologi bygger på silicium og, i modsætning til grafen, grundmaterialet skal ikke udveksles, " forklarer Tobias Helbich fra WACKER Chair for Macromolecular Chemistry ved TUM. "Men, selve nanoarkene er meget sarte og går hurtigt i opløsning, når de udsættes for UV-lys, som har begrænset deres ansøgning betydeligt indtil nu. "

Polymer og nanoark - det bedste fra begge verdener i én

Nu Helbich, i samarbejde med professor Bernhard Rieger, formand for Makromolekylær Kemi, har for første gang med succes indlejret siliciumnanopladerne i en polymer, beskytte dem mod forfald. På samme tid, nanoarkene er beskyttet mod oxidation. Dette er den første nanokomposit baseret på silicium nanoplader.

"Det, der gør vores nanokomposit speciel, er, at den kombinerer de positive egenskaber af begge dets komponenter, " forklarer Tobias Helbich. "Polymermatrixen absorberer lys i UV-domænet, stabiliserer nanopladerne og giver materialet polymerens egenskaber, samtidig med at de bemærkelsesværdige optoelektroniske egenskaber ved nanosheets bevares. "

Langsigtet mål for nanoelektronik - I spring og grænser til industriel anvendelse

Dens fleksibilitet og holdbarhed mod ydre påvirkninger gør også det nyudviklede materiale egnet til standard polymerteknologi til industriel forarbejdning. Dette sætter faktiske applikationer inden for en arms rækkevidde.

Kompositterne er særlig velegnede til anvendelse inden for det nye og nanoelektroniske område. Her, "klassiske" elektroniske komponenter som kredsløb og transistorer er implementeret på skalaer på mindre end 100 nanometer. Dette gør det muligt at realisere helt nye teknologier - for hurtigere computerprocessorer, for eksempel.

Nanoelektronisk fotodetektor

Den første vellykkede anvendelse af nanokompositen konstrueret af Helbich blev først for nylig præsenteret i forbindelse med ATUMS Graduate Program (Alberta / TUM International Graduate School for Functional Hybrid Materials):Alina Lyuleeva og Prof. Paolo Lugli fra Institute of Nanoelectronics ved TU München , i samarbejde med Helbich og Rieger, lykkedes med at bygge en fotodetektor baseret på disse silicium nanoark.

Til denne ende, de monterede de polymerindlejrede siliciumnanoark på en siliciumdioxidoverflade belagt med guldkontakter. På grund af dens Lilliputiske dimensioner, denne form for nanoelektroniske detektorer sparer en masse både plads og energi.