reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© Pixabay Nauka | 01 lutego 2019

Nowy sposób na precyzyjne wytwarzanie struktur grafenowych w nanoskali

Nowy spos贸b na wytworzenie male艅kich struktur p艂askiego grafenu zademonstrowa艂 zesp贸艂 z Polski i Niemiec w "Science". P艂atki grafenu wytworzono po raz pierwszy nie na metalu, a od razu na pod艂o偶u z p贸艂przewodnika. To nowe perspektywy dla zastosowa艅, mi臋dzy innymi w elektronice i fotonice.
Badania przeprowadzi艂 zesp贸艂 badaczy fizyk贸w z Uniwersytetu Jagiello艅skiego i chemik贸w z Uniwersytetu w Erlangen i Norymbergii. Grafen to atomowej grubo艣ci p艂aska struktura z艂o偶ona z atom贸w w臋gla u艂o偶onych w sie膰 przypominaj膮c膮 plaster miodu. Taka cienka i niewidoczna go艂ym okiem w臋glowa "kartka" jest niezwykle wytrzyma艂a, elastyczna, przezroczysta, przewodzi ciep艂o i pr膮d. Kiedy w 2012 r. za odkrycie grafenu przyznano Nagrod臋 Nobla, tysi膮ce naukowc贸w i przedsi臋biorc贸w ruszy艂y, aby szuka膰 zastosowa艅 dla tego materia艂u. Potem sprawa przycich艂a... Czy偶by nie by艂o pomys艂u, jak wykorzysta膰 ten materia艂? Pytany o to prof. Marek Szymo艅ski z Uniwersytetu Jagiello艅skiego m贸wi: - Grafen sam w sobie ma rewelacyjne w艂a艣ciwo艣ci, ale z punktu widzenia zastosowa艅 to w艂a艣ciwie tylko przewodz膮ca, bardzo cienka 鈥榢artka鈥. Tymczasem np. dla elektroniki cyfrowej bardziej interesuj膮cymi materia艂ami s膮 tzw. materia艂y z przerw膮 wzbronion膮 - do nich nale偶膮 p贸艂przewodniki. To materia艂y, przez kt贸re pr膮d przep艂ynie, ale tylko, je艣li dostarczy si臋 no艣nikom 艂adunku odpowiedni膮 energi臋 - a wi臋c np. przy艂o偶one napi臋cie przekroczy odpowiedni膮 warto艣膰. Przy mniejszym napi臋ciu dzia艂aj膮 jak izolator - nie przepuszczaj膮 pr膮du. Dzi臋ki temu mo偶na na urz膮dzeniach p贸艂przewodnikowych wykonywa膰 m.in. operacje logiczne - je艣li pr膮d przep艂yn膮艂 - dostajemy warto艣膰 1, je艣li nie - 0. Najbardziej znanym p贸艂przewodnikiem jest krzem, kt贸rego znaczenia w przemy艣le komputerowym (s艂ynna Dolina Krzemowa) trudno przeceni膰. Miniaturyzacja urz膮dze艅 elektronicznych jednak post臋puje i naukowcy zastanawiaj膮 si臋 nad materia艂ami, z kt贸rych mo偶na by zbudowa膰 urz膮dzenia o dzia艂aniu podobnym do p贸艂przewodnikowych, ale mia艂yby wielko艣膰 zaledwie kilku nanometr贸w (nanometr to milionowa cz臋艣膰 milimetra). A w takiej skali tradycyjne urz膮dzenia p贸艂przewodnikowe nie najlepiej si臋 spisuj膮. Naukowcy szukaj膮 wi臋c nowych materia艂贸w o odpowiednich w艂a艣ciwo艣ciach. I tutaj w艂a艣nie nadziej膮 s膮 nanometrowej wielko艣ci struktury grafenowe o kszta艂cie p艂atk贸w lub wst膮偶ek. Okazuje si臋 bowiem, 偶e odpowiednio ma艂ym strukturom grafenu mo偶na nada膰 w艂a艣ciwo艣ci pozwalaj膮ce na ich wykorzystanie do zbudowania elementarnych urz膮dze艅 elektronicznych 鈥 na przyk艂ad bramek logicznych lub nanotranzystor贸w. Problemem jest jednak to, jak precyzyjnie produkowa膰 takie niewidoczne go艂ym okiem p艂atki grafenu. Trudno tu przecie偶 u偶ywa膰 nanono偶yczek i z atomow膮 precyzj膮 wycina膰 z kartek grafenu niewidoczne p艂atki. Naukowcy zastanawiaj膮 si臋 wi臋c na odwrotnym podej艣ciem: jak z mniejszych zwi膮zk贸w organicznych, na przyk艂ad pojedynczych moleku艂 aromatycznych, uk艂ada膰 grafenowe puzzle. I tu w艂a艣nie z pomoc膮 przychodz膮 badania prof. Konstantina Amsharova z FAU w Niemczech oraz polskiego zespo艂u. Wyniki tych bada艅 ukaza艂y si臋 w styczniu w presti偶owym czasopi艣mie "Science". Naukowcy pokazali, jak w sprytny spos贸b przeprowadzi膰 reakcj臋 chemiczn膮, by z 艂atwych do kontrolowania p贸艂produkt贸w (tzw. prekursor贸w) produkowa膰 male艅kie p艂atki grafenu. Przedstawiony przez nich spos贸b dzia艂a sekwencyjnie - naukowcy nazywaj膮 to "nanozippingiem" i por贸wnuj膮 t臋 reakcj臋 do dzia艂ania suwaka. W dodatku w do艣wiadczeniu - przeprowadzonym w Krakowie - nanop艂atki grafenu uda艂o si臋 wyprodukowa膰 od razu na pod艂o偶u z p贸艂przewodnika, co jest istotnym nowym osi膮gni臋ciem. "Nasza praca jest pierwsz膮, kt贸ra donosi o w pe艂ni kontrolowanej syntezie nanografenu na powierzchniach niemetalicznych" - informuje w rozmowie z PAP pierwszy autor pracy dr Marek Kolmer, kt贸ry obecnie realizuje sta偶 podoktorski w Oak Ridge, USA. Prof. Marek Szymo艅ski, kt贸ry tak偶e jest w艣r贸d autor贸w publikacji, t艂umaczy, 偶e podstawow膮 cegie艂k膮 do budowy p艂atk贸w w ich do艣wiadczeniu s膮 aromatyczne struktury w臋glowe zbudowane z po艂膮czonych po jednym wi膮zaniem pier艣cieni benzenowych zako艅czonych na brzegach atomami wodoru lub fluoru. Je艣li jeden z fluor贸w po艂膮czy si臋 z najbli偶ej po艂o偶onym atomem wodoru z s膮siedniego pier艣cienia - a to mo偶na kontrolowa膰 na przyk艂ad przez podnoszenie temperatury - zaczyna si臋 sekwencja reakcji pomi臋dzy kolejnymi pier艣cieniami benzenowymi. - I tak 鈥瀦膮bek po z膮bku鈥, para po parze, jak w zamku b艂yskawicznym, pier艣cienie benzenowe b臋d膮 si臋 ze sob膮 艂膮czy膰 w struktur臋 nanografenu - m贸wi prof. Szymo艅ski. Dr Marek Kolmer, t艂umaczy, 偶e w wyniku sze艣ciu sekwencyjnie aktywowanych reakcji z prekursora powstaje moleku艂a nanografenu licz膮ca 42 atomy w臋gla. - To puzzel, kt贸ry mo偶e zosta膰 wykorzystany do produkcji wi臋kszych, atomowo zdefiniowanych struktur - opowiada. Dot膮d struktury grafenowe z prekursor贸w molekularnych wytwarzano na pod艂o偶ach z metali takich jak z艂oto, srebro czy mied藕. Metale te s膮 jednak przecie偶 艣wietnymi przewodnikami. Aby sprawdzi膰, jak wytworzone nanocz膮stki grafenu spisuj膮 si臋 jako materia艂y elektroniczne, p艂atki trzeba oderwa膰 i przenie艣膰 je inne pod艂o偶e, np. z p贸艂przewodnika. A wtedy istnieje ryzyko, 偶e taki atomowo zdefiniowany uk艂ad ulegnie modyfikacji. Tymczasem niemiecko-polskiemu zespo艂owi uda艂o si臋 wyprodukowa膰 p艂atki nanografenu od razu na pod艂o偶u z dwutlenku tytanu (rutylu), kt贸ry jest p贸艂przewodnikiem. Dr Kolmer t艂umaczy, 偶e rutyl jest kluczowy do przeprowadzenia reakcji chemicznej, kt贸ra nie zajdzie na pod艂o偶u z miedzi czy z艂ota. Badacze spodziewaj膮 si臋 jednak, 偶e nanografen t膮 metod膮 uda im si臋 wytwarza膰 na innych p贸艂przewodnikach i izolatorach. 殴r贸d艂o: PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala
reklama
reklama
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
February 19 2019 01:06 V12.2.0-1