Silikon nanoskivor är tunna, tvådimensionella lager med exceptionella optoelektroniska egenskaper som mycket liknar grafenens. Om än, nanoarken är mindre stabila. Nu har forskare vid Münchens tekniska universitet (TUM) för första gången någonsin, producerat ett kompositmaterial som kombinerar nanoskivor av kisel och en polymer som är både UV-beständig och lätt att bearbeta. Detta för forskarna ett betydande steg närmare industriella tillämpningar som flexibla bildskärmar och fotosensorer.

I likhet med kol, kisel bildar tvådimensionella nätverk som bara är ett atomlager tjockt. Som grafen, för vars upptäckt Andre Geim och Konstantin Novoselov fick Nobelpriset 2010, dessa skikt har extraordinära optoelektriska egenskaper. Kiselnanoskivor kan därför komma till användning inom nanoelektronik, till exempel i flexibla displayer, fälteffekttransistorer och fotodetektorer. Med sin förmåga att lagra litiumjoner, det övervägs också som anodmaterial i uppladdningsbara litiumbatterier.

"Silicon nanosheets är särskilt intressanta eftersom dagens informationsteknologi bygger på kisel och, till skillnad från grafen, grundmaterialet behöver inte bytas ut, " förklarar Tobias Helbich från WACKER-stolen för makromolekylär kemi vid TUM. "Men, själva nanoarken är mycket ömtåliga och sönderdelas snabbt när de utsätts för UV-ljus, vilket avsevärt har begränsat deras tillämpning hittills."

Polymer och nanosheets - det bästa av två världar i ett

Nu Helbich, i samarbete med professor Bernhard Rieger, ordförande för makromolekylär kemi, har för första gången framgångsrikt bäddat in kiselnanoskivorna i en polymer, skydda dem från förfall. På samma gång, nanoarken är skyddade mot oxidation. Detta är den första nanokompositen baserad på nanoskivor av kisel.

"Det som gör vår nanokomposit speciell är att den kombinerar de positiva egenskaperna hos båda dess komponenter, " förklarar Tobias Helbich. "Polymermatrisen absorberar ljus i UV-domänen, stabiliserar nanoskivorna och ger materialet polymerens egenskaper, samtidigt som de upprätthåller de anmärkningsvärda optoelektroniska egenskaperna hos nanoarken."

Långsiktigt mål för nanoelektronik - Med stormsteg för industriell tillämpning

Dess flexibilitet och hållbarhet mot yttre påverkan gör också det nyutvecklade materialet mottagligt för standard polymerteknologi för industriell bearbetning. Detta placerar faktiska applikationer inom en arms räckhåll.

Kompositerna är särskilt väl lämpade för användning inom det kommande området av nanoelektronik. Här, "klassiska" elektroniska komponenter som kretsar och transistorer är implementerade på skalor på mindre än 100 nanometer. Detta gör att helt nya teknologier kan realiseras - för snabbare datorprocessorer, till exempel.

Nanoelektronisk fotodetektor

Den första framgångsrika tillämpningen av nanokompositen konstruerad av Helbich presenterades först nyligen inom ramen för ATUMS Graduate Program (Alberta / TUM International Graduate School for Functional Hybrid Materials):Alina Lyuleeva och Prof. Paolo Lugli från Institute of Nanoelectronics vid TU München , i samarbete med Helbich och Rieger, lyckats bygga en fotodetektor baserad på dessa kiselnanoark.

För detta ändamål, de monterade de polymerinbäddade kiselnanoskivorna på en kiseldioxidyta belagd med guldkontakter. På grund av dess Lilliputian dimensioner, denna typ av nanoelektroniska detektorer sparar mycket både utrymme och energi.