Molekylære broer forstærker trykt elektronik

Eksfolieringen af ​​grafit til grafenlag inspirerede undersøgelsen af ​​tusindvis af lagdelte materialer:blandt dem overgangsmetal dichalcogenider (TMD'er). Disse halvledere kan bruges til at fremstille ledende blæk til fremstilling af trykte elektroniske og optoelektroniske enheder. Imidlertid, defekter i deres struktur kan hæmme deres ydeevne. Nu, Grafen-flagskibsforskere har overvundet disse forhindringer ved at introducere 'molekylære broer, ' små molekyler, der forbinder TMD-flagerne, derved øger ledningsevnen og den samlede ydeevne.

Resultaterne, udgivet i Natur nanoteknologi, kommer fra et tværfagligt samarbejde mellem Graphene Flagship-partnere, University of Strasbourg og CNRS, Frankrig, AMBER og Trinity College Dublin, Irland, og Cambridge Graphene Centre, University of Cambridge, Storbritannien. De anvendte molekylære broer øger bærermobiliteten - en fysisk parameter relateret til den elektriske ledningsevne - tidoblet.

TMD blæk bruges på mange områder, fra elektronik og sensorer til katalyse og biomedicin. De er normalt fremstillet ved hjælp af flydende fase eksfoliering, en teknik udviklet af Graphene Flagship, der giver mulighed for masseproduktion af grafen og lagdelte materialer. Men, selvom denne teknologi giver store mængder produkt, det har nogle begrænsninger. Eksfolieringsprocessen kan skabe defekter, der påvirker det lagdelte materiales ydeevne, især når det kommer til at lede elektricitet.

Inspireret af organisk elektronik - feltet bag succesrige teknologier såsom organiske lysdioder (OLED'er) og billige solceller - fandt Graphene Flagship-teamet en løsning:molekylære broer. Med disse kemiske strukturer, det lykkedes forskerne at slå to fluer med ét smæk. Først, de forbandt TMD-flager til hinanden, skabe et netværk, der letter ladningstransporten og ledningsevnen. De molekylære broer fungerer som vægge, helbredelse af de kemiske defekter ved kanterne af flagerne og eliminering af elektriske tomrum, der ellers ville fremme energitab.

Desuden, molekylære broer giver forskere et nyt værktøj til at skræddersy ledningsevnen af ​​TMD-blæk efter behov. Hvis broen er et konjugeret molekyle - en struktur med dobbeltbindinger eller aromatiske ringe - er bærermobiliteten højere end ved brug af mættede molekyler, såsom kulbrinter. "Den molekylære bros struktur spiller en nøglerolle, " forklarer Paolo Samorì, fra Graphene Flagship-partner University of Strasbourg, Frankrig, der ledede undersøgelsen. "Vi bruger molekyler kaldet di-thioler, som du let kan købe fra enhver kemikalieleverandørs katalog, " tilføjer han. Deres tilgængelige strukturelle mangfoldighed åbner en verden af ​​muligheder for at regulere ledningsevnen, tilpasse den til hver specifik applikation. "Molekylære broer vil hjælpe os med at integrere mange nye funktioner i TMD-baserede enheder, " fortsætter Samorì. "Disse blæk kan udskrives på enhver overflade, som plastik, stof eller papir, muliggør en lang række nye kredsløb og sensorer til fleksibel elektronik og wearables."

Maria Smolander, Graphene Flagship Work Package Leader for fleksibel elektronik, tilføjer:"Dette arbejde er af stor betydning som et afgørende skridt mod fuld udnyttelse af løsningsbaserede fremstillingsmetoder som print i fleksibel elektronik. Brugen af ​​de kovalent bundne broer forbedrer både de strukturelle og elektriske egenskaber af de tynde lag baseret på TMD. flager."

Andrea C. Ferrari, Videnskabs- og teknologiofficer for Graphene Flagship og formand for dets ledelsespanel, tilføjer:"Graphene-flagskibet var banebrydende for både flydende faseeksfoliering og inkjet-print af grafen og lagdelte materialer. Disse teknikker kan producere og håndtere store mængder materialer. Dette papir er et nøgletrin til at gøre halvledende lagdelte materialer tilgængelige til trykte, fleksibel og bærbar elektronik, og endnu en gang skubber det nyeste frem."