Tweedimensionale koolstoflagen, zogenaamde grafenen, worden in de halfgeleiderindustrie beschouwd als een mogelijke vervanging voor silicium. De elektronische eigenschappen van deze lagen kunnen worden gevarieerd door specifieke reeksen gaten in hun structuur "in te bouwen". Natuurkundigen bij Empa, Zwitserland, samen met chemici van het Max Planck Instituut voor Polymeeronderzoek in Mainz, Duitsland, hebben, Voor de eerste keer, slaagde erin een grafeenachtig poreus polymeer te synthetiseren met atomaire nauwkeurigheid.

Grafeen bestaat uit een tweedimensionale koolstoflaag waarin de koolstofatomen zijn gerangschikt op een hexagonaal rooster, lijkt op een honingraat. Koolstofnanobuisjes zijn opgerolde vellen grafeen, en dikke stapels grafeenplaten vormen grafiet.

Grafeen heeft een aantal zeer speciale eigenschappen - het is extreem scheurvast, een uitstekende thermische geleider, en verzoent tegenstrijdige eigenschappen als broosheid en taaiheid. In aanvulling, grafeen is ondoordringbaar voor gassen, wat het interessant maakt voor toepassingen met luchtdichte membranen. Vanwege zijn ongebruikelijke elektronische eigenschappen wordt grafeen in halfgeleidertechnologieën gezien als een mogelijk vervangingsmateriaal voor silicium.

Door gaten van een specifieke grootte en verdeling in grafeenvellen te plaatsen, het moet mogelijk zijn om het materiaal bijzondere elektronische kenmerken mee te geven. Om deze redenen wordt wereldwijd intensief onderzoek gedaan naar de synthese en karakterisering van tweedimensionale grafeenachtige polymeren. Grafeen en grafeenachtige polymeren zijn momenteel hot onderzoeksonderwerpen in de materiaalkunde, met de Körber European Science Award dit jaar voor de Nederlandse natuurkundige Andre Geim voor zijn baanbrekende onderzoek op het gebied van tweedimensionale koolstofkristallen.

Nieuwe productiemethode:“bottom-up” synthese op metalen oppervlakken

Samen met collega's van het Max Planck Institute for Polymer Research in Mainz, wetenschappers van Empa's "nanotech@surfaces"-laboratorium zijn er voor het eerst in geslaagd een grafeenachtig polymeer met goed gedefinieerde poriën te synthetiseren. Om dit te bereiken lieten de onderzoekers chemische bouwstenen van gefunctionaliseerde fenylringen spontaan 'groeien' tot een tweedimensionale structuur op een zilversubstraat. Hierdoor ontstond een poreuze vorm van grafeen met poriediameters van een enkel atoom en porie-tot-porieafstanden van minder dan een nanometer.

Tot nu, poreus grafeen is vervaardigd met behulp van lithografische processen waarbij de gaten vervolgens in de materiaallaag worden geëtst. Deze gaten zijn echter, veel groter dan slechts een paar atomen in diameter. Ze liggen ook niet zo dicht bij elkaar en zijn aanzienlijk minder precies gevormd dan bij de "bottom-up"-techniek op basis van moleculaire zelfassemblage die is ontwikkeld door de Empa- en Max Planck-groep. In dit proces komen de moleculaire bouwstenen spontaan samen op chemisch gedefinieerde verbindingspunten om een ​​regelmatige, tweedimensionaal netwerk. Hierdoor kunnen grafeenachtige polymeren worden gesynthetiseerd met poriën die fijner zijn dan mogelijk is met een andere techniek.

Meer informatie:

• "Poreuze grafenen:tweedimensionale polymeersynthese met atomaire precisie", Marco Bieri, Matthias Treier, Jinming Cai, Kamel Aďt-Mansour, Pascal Ruffieux, Oliver Gröning, Pierangelo Gröning, Marcel Kastler, Ralph Rieger, Xinliang Feng, Klaus Müllen, en Romeinse Fasel, Chem. gemeenschappelijk. , 2009, 6919-6921
www.rsc.org/Publishing/Journal … cle.asp?doi=b915190g

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

• "Onderzoekshoogtepunt" in Natuurchemie :www.nature.com/nchem/reshigh/2 … /full/nchem.415.html

Geleverd door EMPA