Silicium nanosheets zijn dun, tweedimensionale lagen met uitzonderlijke opto-elektronische eigenschappen die erg lijken op die van grafeen. Alhoewel, de nanosheets zijn minder stabiel. Nu hebben onderzoekers van de Technische Universiteit van München (TUM) voor de eerste keer ooit, produceerde een composietmateriaal dat silicium nanosheets combineert met een polymeer dat zowel UV-bestendig als gemakkelijk te verwerken is. Dit brengt de wetenschappers een belangrijke stap dichter bij industriële toepassingen zoals flexibele displays en fotosensoren.

gelijk aan koolstof, silicium vormt tweedimensionale netwerken die slechts één atomaire laag dik zijn. zoals grafeen, voor wiens ontdekking Andre Geim en Konstantin Novoselov in 2010 de Nobelprijs ontvingen deze lagen bezitten buitengewone opto-elektrische eigenschappen. Silicium nanosheets kunnen dus toepassing vinden in nano-elektronica, bijvoorbeeld in flexibele displays, veldeffecttransistoren en fotodetectoren. Met zijn vermogen om lithiumionen op te slaan, het wordt ook overwogen als anodemateriaal in oplaadbare lithiumbatterijen.

"Silicium nanosheets zijn bijzonder interessant omdat de huidige informatietechnologie voortbouwt op silicium en, in tegenstelling tot grafeen, het basismateriaal hoeft niet uitgewisseld te worden, " legt Tobias Helbich van de WACKER-leerstoel voor macromoleculaire chemie aan de TUM uit. "Echter, de nanosheets zelf zijn zeer delicaat en vallen snel uiteen bij blootstelling aan UV-licht, die hun toepassing tot dusver aanzienlijk heeft beperkt."

Polymeer en nanosheets - het beste van twee werelden in één

Nu Helbich, in samenwerking met professor Bernhard Rieger, Leerstoel Macromoleculaire Chemie, heeft voor het eerst met succes de silicium nanosheets in een polymeer ingebed, hen te beschermen tegen verval. Tegelijkertijd, de nanosheets zijn beschermd tegen oxidatie. Dit is het eerste nanocomposiet op basis van silicium nanosheets.

"Wat ons nanocomposiet speciaal maakt, is dat het de positieve eigenschappen van beide componenten combineert, " legt Tobias Helbich uit. "De polymeermatrix absorbeert licht in het UV-domein, stabiliseert de nanosheets en geeft het materiaal de eigenschappen van het polymeer, terwijl tegelijkertijd de opmerkelijke opto-elektronische eigenschappen van de nanosheets behouden blijven."

Langetermijndoel van nano-elektronica - Met grote sprongen naar industriële toepassing

De flexibiliteit en duurzaamheid tegen invloeden van buitenaf maakt het nieuw ontwikkelde materiaal ook geschikt voor standaard polymeertechnologie voor industriële verwerking. Hiermee zijn daadwerkelijke toepassingen binnen handbereik.

De composieten zijn bijzonder geschikt voor toepassing in het opkomende gebied van nano-elektronica. Hier, "klassieke" elektronische componenten zoals schakelingen en transistors worden geïmplementeerd op schalen van minder dan 100 nanometer. Hierdoor kunnen geheel nieuwe technologieën worden gerealiseerd - voor snellere computerprocessors, bijvoorbeeld.

Nano-elektronische fotodetector

De eerste succesvolle toepassing van het door Helbich geconstrueerde nanocomposiet werd pas onlangs gepresenteerd in de context van het ATUMS Graduate Program (Alberta / TUM International Graduate School for Functional Hybrid Materials):Alina Lyuleeva en Prof. Paolo Lugli van het Institute of Nanoelectronics aan de TU München , in samenwerking met Helbich en Rieger, slaagde erin een fotodetector te bouwen op basis van deze silicium nanosheets.

Hiertoe, ze monteerden de in polymeer ingebedde silicium nanosheets op een siliciumdioxide-oppervlak bedekt met gouden contacten. Vanwege zijn lilliputter-dimensies, dit soort nano-elektronische detector bespaart veel ruimte en energie.