新材料:聚合物涂覆硅纳米片有望取代石墨

永利游戏网站2017年3月20日讯  硅的本质类似于碳,它能形成仅一个原子层厚度的2D网络。 如同石墨烯一样,这些纳米片能显示出优异的光学特性。 理论上,它可用于纳米电子应用。 除了用于软性显示器面板或场效晶体管,这种材料还可作为锂离子电池阳极的备选方案。

硅纳米片是一种具有非凡光电特性的二维(2D)薄层,非常类似于石墨烯。然而,它们的本质并不稳定。

德国慕尼黑理工大学(Technische Universitat Munchen;TUM)的研究团队设计了一种复合材料,由纳米片和能够抗紫外光且易于加工处理的聚合物组成。 这项新发现使硅纳米片更接近于工业化,可用于软性显示器面板或光传感器等应用。

TUM研究人员 Tobias Helbich说:硅纳米片特别令人感兴趣,因为整个信息技术都是以硅为基础的。对于工业应用,它并不需要改用其他新的基础材料,这和石墨烯的特性相反。 然而,这种纳米片相当脆弱,而且在处于UV辐射下时又会迅速分解,因而明显地限制其应用。

Helbig与其他研究人员共同合作,第一次成功地将硅纳米片嵌入于聚合物中,从而保护其免于分解。 此一嵌入过程对于纳米片来两倍的效果:它们可经化学调整,同时防止氧化。TUM的开发结果是首次以硅纳米片为基础的复合材料。

Helbich解释说:让我们的纳米复合材料得以如此特别的原因在于它结合了两种组件的正面特性。 聚合物矩阵吸收UV中的光、稳定纳米片,并赋予材料聚合物的特性,同时保持纳米片的显著光电性能。其灵活性以及抗外部影响的耐久性,使得新开发的材料符合工业加工的标准聚合物技术。这让实际的应用不再遥不可及。

该复合材料特别适用于纳米电子学的新兴与未来领域。在此,诸如电路和晶体管等经典电子组件可在小于100纳米的规模上实现,从而可实现全新的技术,例如用于更快的计算机处理器。

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涂有纳米复合材料的硅晶片

纳米复合材料的首次成功应用是最近在ATUMS研究生课程中提出的:TUM纳米电子所Alina Lyuleeva和教授Paolo Lugli,以及他的同事Helbich和他的同事Bernard Rieger,连手成功打造了一款基于这些硅纳米片的光电侦测器。

为此,他们将嵌入硅纳米片的聚合物安装在涂覆金触点的二氧化硅表面上。由于其尺寸极小,使得这种纳米电子侦测器可节省大量的空间和能量。

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制备基于[email protected]的光敏感器件

该研究是ATUMS研究生课程的一部份,其中齐集了德国和加拿大的化学、电子工程和物理学领域的科学家。 他们的目标不只是在创造基于纳米粒子和聚合物材料的新功能,同时也计划率先开发出首款应用。这项研究计划是由德国研究委员会(DFG)和加拿大自然科学与工程研究理事会(NSERC)资助。

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