Cienkie wstążki grafenu tylko przy użyciu ciepła i światła

Cienkie wstążki grafenu tylko przy użyciu ciepła i światła

Krzem - powszechnie używany do wytwarzania półprzewodników - jest niezbędnym składnikiem współczesnej elektroniki. Ponieważ urządzenia stają się coraz mniejsze, tworzenie drobnych komponentów silikonowych stało się trudniejsze i droższe. Chemicy UCLA opracowali nową metodę wytwarzania nanowstążek grafenu, struktur nowej generacji, które według wielu naukowców pewnego dnia zasilą urządzenia elektroniczne.

Nanowstążki są niezwykle wąskimi paskami grafenu o szerokości zaledwie kilku atomów węgla. Są użyteczne, ponieważ posiadają pasmo zabronione, co oznacza, że elektrony muszą być "popychane", aby przepływały przez nie w celu wytworzenia prądu elektrycznego, jak wyjaśnił Yves Rubin, profesor chemii w UCLA College i główny autor badań. "Materiał, który nie ma szczeliny umożliwia przepływ elektronów bez przeszkód i nie może być używany do budowy układów logicznych" - powiedział.

Rubin i jego zespół badawczy skonstruowali nanocząsteczki grafenu za pomocą molekuły, stosując prostą reakcję opartą na świetle ultrafioletowym i temperaturze 600 stopni. Proces ten poprawia inne istniejące metody tworzenia tego typu wstążek, z których jeden polega na przecinaniu otwartych rur grafenu, znanych jako nanorurki węglowe. To konkretne podejście jest nieprecyzyjne i powoduje powstawanie wstęg różnych rozmiarów, co stanowi problem, ponieważ wartość pasma zabronionego zależy od jego szerokości - powiedział Rubin.

Aby stworzyć te nowe struktury, naukowcy rozpoczęli od hodowania kryształów czterech różnych bezbarwnych cząsteczek. Kryształy zablokowały cząsteczki w orientacji optymalnej do reakcji, a zespół użył światła, aby zszyć cząsteczki w polimery, które są dużymi strukturami zbudowanymi z powtarzających się jednostek atomów węgla i wodoru.

Naukowcy umieścili błyszczące, ciemnoniebieskie polimery w piecu zawierającym jedynie gazowy argon i podgrzali je do 600 stopni Celsjusza. Ciepło zapewniło niezbędny zastrzyk energii dla polimerów, aby utworzyć ostateczne wiązania, które nadały wstęgom ich ostateczny kształt: sześciokątne pierścienie złożone z atomów węgla i atomy wodoru wzdłuż krawędzi wstążek. "Zasadniczo zwęglamy polimery, ale robimy to w kontrolowany sposób" - powiedział Rubin.

Proces, który trwał około godziny, dał nanocząsteczki grafenu o szerokości zaledwie ośmiu atomów węgla, ale długości tysięcy. Naukowcy zweryfikowali ich strukturę molekularną. "Przyjrzeliśmy się, jakie fale światła zostały zaabsorbowane" - powiedział Rubin. "To ujawnia dane dotyczące struktury i składu wstążek". Naukowcy złożyli wniosek patentowy na ten proces. Rubin powiedział, że zespół bada teraz, jak lepiej manipulować wstęgami – jest to wyzwanie, ponieważ mają tendencję do trzymania się razem. "W tej chwili są wiązkami włókien" - powiedział Rubin. "Następnym krokiem będzie wyodrębnienie każdego włókna jedno po drugim."

(KB)