Forskare vid Northwestern University har utvecklat en ny metod för kemiskt förändring av grafen, en utveckling som kan vara ett steg mot skapandet av snabbare, thinner, flexibel elektronik.
Mycket önskvärt för sina många lovande egenskaper, grafen är en en-atom tjock, bikakeformat galler av kolatomer med exceptionell styrka och konduktivitet. Bland grafenens många möjliga tillämpningar finns elektronik:Många experter tror att det kan konkurrera med kisel, omvandla integrerade kretsar och leda till ultrasnabba datorer, mobiltelefoner och relaterade bärbara elektroniska enheter.
Men först, forskare måste lära sig att justera grafens elektroniska egenskaper - inte en enkel bedrift, givet en stor utmaning som är inneboende i materialet. Till skillnad från halvledare som kisel, ren grafen är ett nollbandgapmaterial, vilket gör det svårt att elektriskt "stänga av" strömmen genom den. Därför, orörd grafen är inte lämplig för den digitala kretsen som omfattar de allra flesta integrerade kretsar.
För att övervinna detta problem och göra grafen mer funktionellt, forskare runt om i världen undersöker metoder för att kemiskt förändra materialet. Den vanligaste strategin är "Hummers -metoden, "en process som utvecklades på 1940 -talet som oxiderar grafen, men den metoden bygger på hårda syror som irreversibelt skadar tyget i grafengitteret.
Forskare vid Northwestern McCormick School of Engineering and Applied Science har nyligen utvecklat en ny metod för att oxidera grafen utan den säkerhetsskada som möts i Hummers -metoden. Deras oxidationsprocess är också reversibel, vilket möjliggör ytterligare avstämning över de resulterande egenskaperna hos deras kemiskt modifierade grafen.
Pappret, "Kemiskt homogen och termiskt reversibel oxidation av epitaxial grafen, "kommer att publiceras den 19 februari i tidningen Naturkemi .
"Att utföra kemiska reaktioner på grafen är mycket svårt, "sade Mark C. Hersam, professor i materialvetenskap och teknik vid McCormick School. "Vanligtvis, forskare använder aggressiva sura förhållanden, som de som används i Hummers -metoden, som skadar gitteret och resulterar i ett material som är svårt att kontrollera.
"I vår metod, dock, den resulterande grafenoxiden är kemiskt homogen och reversibel-vilket leder till välkontrollerade egenskaper som sannolikt kan utnyttjas i applikationer med hög prestanda, "sa Hersam, som också är professor i kemi och medicin.
För att skapa grafenoxiden, forskare läckte ut syrgas (O2) i en ultrahög vakuumkammare. Inuti, en varm volframfilament upphettades till 1500 grader Celsius, orsakar att syremolekylerna dissocieras till atomärt syre. De mycket reaktiva syreatomerna infogas sedan enhetligt i grafengitteret.
Det resulterande materialet har en hög kemisk homogenitet. Spektroskopiska mätningar visar att grafenens elektroniska egenskaper varierar beroende på syretäckning, tyder på att detta tillvägagångssätt kan justera egenskaperna hos grafenbaserade enheter. "Det är oklart om detta arbete kommer att påverka verkliga applikationer över en natt, "Sa Hersam." Men det verkar vara ett steg i rätt riktning. "
Nästa, forskare kommer att utforska andra sätt att kemiskt modifiera grafen för att utveckla en större variation av material, ungefär som forskare gjorde för plast under förra seklet.
"Kanske är det inte tillräckligt med syre, "Sa Hersam." Genom kemisk modifiering, det vetenskapliga samfundet har utvecklat ett brett spektrum av polymerer, från hårdplast till nylon. Vi hoppas kunna inse samma grad av avstämning för grafen. "
