Det råder ingen tvekan om att grafen är ett riktigt coolt material. Det är det tunnaste ämnet som någonsin gjorts, ett enatomtjockt ark av kolatomer arrangerade i ett hexagonalt bikakemönster. Även om den är styv som diamant och hundratals gånger starkare än stål, den är flexibel och töjbar. Dessutom, den leder elektricitet snabbare vid rumstemperatur än något annat känt material och det kan omvandla ljus av vilken våglängd som helst till en ström.
Att hitta ett sätt att använda dessa fastigheter har visat sig vara en enorm utmaning, dock. Grafens extrema tunnhet gör det komplicerat och dyrt att tillverka i stora ark, speciellt stora ark med ett minimum av skavanker. Dessutom, ingen har utarbetat effektiva industriella metoder för att hantera ett så tunt material.
Bortom det, en av grafens största styrkor – dess extrema ledningsförmåga – är också en av dess största svagheter. När elektrisk ström börjar strömma genom grafen, det är väldigt svårt att slå på och av den, ett avgörande krav inom digital elektronik. Enligt teoretiska studier, det är möjligt att slå på och av grafenens ledningsförmåga om den är begränsad till en smal kanal, ett nanorband av grafen. Dock, det praktiska förverkligandet av dessa nanoband är utmanande på grund av deras extremt lilla storlek - deras bredd är cirka 100, 000 gånger mindre än diametern på ett genomsnittligt människohår.
Nu, dock, åtminstone några av dessa utmaningar kan ha hittat ett svar i nyare forskning utförd vid University of Nebraska-Lincoln.
Ett team av forskare ledda av Alexander Sinitskii har utvecklat ett kemiskt tillvägagångssätt för att massproducera grafen nanoband, en process som kan ge en väg att utnyttja grafens konduktivitet.
Sinitskii, en biträdande professor i kemi med en dubbel utnämning i UNL:s Nebraska Center for Materials and Nanoscience, sade tidigare ansträngningar från hans och andra forskargrupper för att skapa grafen nanoband följde en uppifrån-och-ned-strategi, använder litografi och etsningsprocess för att försöka klippa band ur grafenark.
Även om dessa processer fungerar bra i halvledarindustrin, där kiseltransistorfunktioner så små som 22 nanometer (22 miljarddelar av en meter) är uthuggna från stora kiselkristaller, de fungerar inte med grafen nanoband, som måste vara så smal som 2 nanometer, sa Sinitskii.
Följaktligen, han och hans medarbetare försökte en annan, slutligen framgångsrik metod som de beskrev i numret av 10 februari Naturkommunikation , den multidisciplinära onlinetidskriften Nature Publishing Group.
"Istället för att börja med ett stort ark grafen och försöka skära ner det till något litet - kärnan i en uppifrån-och-ned-strategi - bestämde vi oss för att använda en nedifrån och upp-strategi, göra små grafen nanoband genom att koppla ihop ännu mindre organiska molekyler, sa Sinitskii.
"När du utvecklar en metod för att göra grafen nanoband, det finns två problem som du måste lösa:hur man tillverkar mycket smala band med atomär precision och hur man tillverkar dem i stora mängder. Metoden som vi utvecklat löser båda dessa problem. Hela processen görs med våtkemi i en kolv, och, den kan lätt skalas upp. Vi kan göra ett gram, ett kilogram, i princip vilken mängd material som helst"
Att producera nanoskala band av grafen är ett viktigt steg för att få ämnet att fungera i alla slags elektriska apparater, Sinitskii sa, eftersom banden har avstämbara elektroniska egenskaper.
"Vi testar dessa band för applikationer inom elektronik, gassensorer och solceller, ofta i samarbete med andra UNL-forskare, ", sade han. "Det faktum att vi kunde ställa in de elektroniska egenskaperna hos grafennanorband genom att ändra de syntetiska förhållandena är mycket fördelaktigt för dessa applikationer. Och för praktiska tillämpningar, Det är också viktigt att denna nya metod för syntes av grafen nanoband kan skalas upp till industriell skala."
