Tvådimensionella kolskikt, så kallade grafener, betraktas som ett möjligt substitut för kisel i halvledarindustrin. De elektroniska egenskaperna hos dessa lager kan varieras genom att "bygga in" specifika uppsättningar av hål i deras struktur. Fysiker på Empa, Schweiz, tillsammans med kemister från Max Planck Institute for Polymer Research i Mainz, Tyskland, ha, för första gången, lyckades syntetisera en grafenliknande porös polymer med atomnoggrannhet.

Grafen består av ett tvådimensionellt kolskikt där kolatomerna är anordnade på ett sexkantigt galler, liknar en honungskaka. Kolnanorör är upprullade ark av grafen, och tjocka högar av grafenark bildar grafit.

Graphene har några mycket speciella egenskaper - det är extremt rivresistent, en utmärkt värmeledare, och förenar sådana motstridiga egenskaper som sprödhet och smidighet. Dessutom, grafen är ogenomtränglig för gaser, vilket gör det intressant för applikationer som innefattar lufttäta membran. På grund av dess ovanliga elektroniska egenskaper ses grafen som ett möjligt substitutmaterial för kisel i halvledarteknik.

Genom att sätta in hål av en specifik storlek och fördelning i grafenark, det bör vara möjligt att ge materialet särskilda elektroniska egenskaper. Av dessa skäl bedrivs intensiv forskning världen över om syntes och karakterisering av tvådimensionella grafenliknande polymerer. Grafen och grafenliknande polymerer är för närvarande heta forskningsämnen inom materialvetenskap, med årets Körber European Science Award som tilldelas den nederländska fysikern Andre Geim för hans banbrytande studier inom tvådimensionella kolkristaller.

Ny tillverkningsmetod:"bottom-up" -syntes på metallytor

Tillsammans med kollegor från Max Planck Institute for Polymer Research i Mainz, forskare från Empas laboratorium "nanotech@surface" har för första gången lyckats syntetisera en grafenliknande polymer med väldefinierade porer. För att uppnå denna bedrift tillät forskarna kemiska byggstenar av funktionaliserade fenylringar att "växa" spontant till en tvådimensionell struktur på ett silverunderlag. Detta skapade en porös form av grafen med pordiametrar för en enda atom och pore-to-pore-avstånd på mindre än en nanometer.

Tills nu, porös grafen har tillverkats med litografiska processer under vilka hålen sedan etsas in i materialskiktet. Dessa hål är, dock, mycket större än bara några atomer i diameter. De är inte heller så nära varandra och betydligt mindre exakt formade som med "bottom-up" -tekniken baserad på molekylär självmontering som utvecklats av Empa och Max Planck-gruppen. I denna process går de molekylära byggstenarna samman spontant vid kemiskt definierade länkpunkter för att bilda en regelbunden, tvådimensionellt nätverk. Detta gör att grafenliknande polymerer kan syntetiseras med porer som är finare än vad som är möjligt med någon annan teknik.

Mer information:

• "Porösa grafener:tvådimensionell polymersyntes med atomprecision", Marco Bieri, Matthias Treier, Jinming Cai, Kamel Aďt-Mansour, Pascal Ruffieux, Oliver Gröning, Pierangelo Gröning, Marcel Kastler, Ralph Rieger, Xinliang Feng, Klaus Müllen, och Roman Fasel, Chem. Kommun. , 2009, 6919-6921
www.rsc.org/Publishing/Journal ... cle.asp? doi =b915190g

• "Highlights in Chemical Science" av «RSC (Royal Society of Chemistry) Publishing»:www.rsc.org/Publishing/ChemSci… neycomb_networks.asp

• "Research Highlight" i Naturkemi :www.nature.com/nchem/reshigh/2… /full/nchem.415.html

Tillhandahålls av EMPA