Kemikere syntetiserer smalle bånd af grafen kun ved hjælp af lys og varme

Silicium - det skinnende, skørt metal, der almindeligvis bruges til fremstilling af halvledere - er en væsentlig ingrediens i moderne elektronik. Men efterhånden som elektroniske enheder er blevet mindre og mindre, at skabe små siliciumkomponenter, der passer ind i dem, er blevet mere udfordrende og dyrere.

Nu, UCLA kemikere har udviklet en ny metode til at fremstille nanobånd af grafen, næste generations strukturer, som mange videnskabsmænd tror en dag vil drive elektroniske enheder.

Denne undersøgelse er offentliggjort online i Journal of the American Chemical Society .

Nanobåndene er ekstremt smalle strimler af grafen, bredden af ​​blot nogle få kulstofatomer. De er nyttige, fordi de har et bånd, hvilket betyder, at elektroner skal "skubbes" for at strømme gennem dem for at skabe elektrisk strøm, sagde Yves Rubin, en professor i kemi ved UCLA College og hovedforfatter af forskningen.

"Et materiale, der ikke har nogen båndgab, lader elektroner strømme igennem uhindret og kan ikke bruges til at bygge logiske kredsløb, " han sagde.

Rubin og hans forskerhold konstruerede grafen nanobånd molekyle for molekyle ved hjælp af en simpel reaktion baseret på ultraviolet lys og udsættelse for 600 graders varme.

"Ingen andre har været i stand til at gøre det, men det vil være vigtigt, hvis man ønsker at bygge disse molekyler i industriel skala, " sagde Rubin, som også er medlem af California NanoSystems Institute ved UCLA.

Processen forbedrer andre eksisterende metoder til at skabe grafen nanobånd, hvoraf det ene involverer at klippe åbne rør af grafen kendt som kulstofnanorør. Denne særlige tilgang er upræcis og producerer bånd af inkonsekvente størrelser - et problem, fordi værdien af ​​et nanobånds båndgab afhænger af dets bredde, sagde Rubin.

For at skabe nanobåndene, forskerne startede med at dyrke krystaller af fire forskellige farveløse molekyler. Krystallerne låste molekylerne i den perfekte orientering til at reagere, og holdet brugte derefter lys til at sy molekylerne til polymerer, som er store strukturer lavet af gentagne enheder af kulstof- og brintatomer.

Forskerne placerede derefter de skinnende, dybblå polymerer i en ovn, der kun indeholder argongas og opvarmede dem til 600 grader Celsius. Varmen gav det nødvendige energiboost for polymererne til at danne de endelige bindinger, der gav nanobåndene deres endelige form:sekskantede ringe sammensat af carbonatomer, og hydrogenatomer langs kanterne af båndene.

"Vi forkuller i det væsentlige polymererne, men vi gør det på en kontrolleret måde, " sagde Rubin.

Processen, hvilket tog omkring en time, gav grafen nanobånd kun otte kulstofatomer brede, men tusindvis af atomer lange. Forskerne verificerede den molekylære struktur af nanobåndene, som var dyb sorte i farven og skinnende, ved at skinne lys af forskellige bølgelængder mod dem.

"Vi så på, hvilke bølgelængder af lys der blev absorberet, " sagde Rubin. "Dette afslører signaturer af strukturen og sammensætningen af ​​båndene."

Forskerne har indgivet en patentansøgning for processen.

Rubin sagde, at holdet nu studerer, hvordan man bedre kan manipulere nanobåndene - en udfordring, fordi de har tendens til at hænge sammen.

"Lige nu, de er bundter af fibre, " sagde Rubin. "Det næste trin vil være i stand til at håndtere hvert nanobånd et efter et."