Forskere udvikler 2D-materialer, der ligner grafen

Kemikere arbejder på at syntetisere den næste generation af supermaterialer til højtydende elektronik, solceller, fotodetektorer og kvantecomputere. Mens de har gjort fremskridt med sammensatte materialer, de har endnu ikke haft held med at udvikle uændrede eller "fritstående" materialer til sådanne enheder, ifølge en anmeldelse offentliggjort i tidsskriftet Videnskab og teknologi af avancerede materialer .

Grafen er et kulstofmateriale afledt af grafit, den samme type materiale som findes i blyanter, men det er arrangeret i et etatom-tyndt honeycomb-gitter. Opdaget i 2004, graphens todimensionelle arrangement giver det "ekstraordinære" egenskaber, inklusive ekstrem styrke og "forunderlig høj" elektronledningsevne.

Imidlertid, det stramme gitter mangler et halvledende båndgab, som er afgørende for elektronisk udstyr. Derfor, videnskabsmænd har ledt efter alternative materialer, der har båndgab, men har stadig en grafen-lignende struktur.

Der er lagt meget fokus på grafen kvanteprikker, som er små segmenter af grafen, ca. 10 til 100 nm kulstofsekskanter på tværs og mindre end 30 atomark tykke. For at få prikkerne til at opføre sig mere som 2-D grafen, forskerhold har tilføjet andre molekyler for at ændre materialets struktur og funktion.

For eksempel, et hold knyttet molekylære grupper indeholdende nitrogen til grafen kvanteprikker. De fandt ud af, at forskellige molekylære kombinationer ændrede den elektroniske struktur af kvanteprikken på unikke måder. Dette ændrede farven på lyset, som materialet producerede, når det blev udsat for elektricitet, hvilket er nyttigt til lysdioder og fotodetektorer. Flere teams har bygget og testet fotodetektorer ved hjælp af grafen kvanteprikker med succes. Materialet har også vist sig at forbedre ydeevnen af ​​farvefølsomme solceller.

Forskere undersøger også silicium og germanium analoger af grafen, kaldet silicen og germanen, og deres respektive hydrogenerede former, silicane og germanan. De tester, hvordan forskellige forberedelsesmetoder og strukturer, såsom flere lag og tilføjede molekyler, påvirke ydeevnen for potentielle elektroniske eller fotoniske enheder.

Mens silicen og germanen hidtil ikke er blevet fremstillet uden tilsatte molekyler, de modificerede materialer ligner stærkt de teoretisk forudsagte 2-D materialer. At forstå de modificerede materialers egenskaber er et "godt udgangspunkt" for at udvikle fremtidige nanomaterialer, ifølge papirforfatterne.

Ultimativt, anmelderne, ledet af Hideyuki Nakano fra Toyota Central R&D Labs i Japan, er optimistiske om, at elektroniske enheder og energilagringsmaterialer kan udvikles ved hjælp af disse materialer i den nærmeste fremtid.