Silicium - het glanzende, bros metaal dat gewoonlijk wordt gebruikt om halfgeleiders te maken, is een essentieel ingrediënt van moderne elektronica. Maar omdat elektronische apparaten steeds kleiner worden, het maken van kleine siliconencomponenten die erin passen, is uitdagender en duurder geworden.

Nutsvoorzieningen, UCLA-chemici hebben een nieuwe methode ontwikkeld om nanoribbons van grafeen te produceren, structuren van de volgende generatie waarvan veel wetenschappers denken dat ze op een dag elektronische apparaten zullen aandrijven.

Dit onderzoek is online gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

De nanoribbons zijn extreem smalle stroken grafeen, de breedte van slechts enkele koolstofatomen. Ze zijn nuttig omdat ze een bandgap hebben, wat betekent dat elektronen moeten worden "geduwd" om er doorheen te stromen om elektrische stroom te creëren, zei Yves Rubin, een professor in de chemie aan het UCLA College en de hoofdauteur van het onderzoek.

"Een materiaal zonder bandgap laat elektronen ongehinderd doorstromen en kan niet worden gebruikt om logische circuits te bouwen, " hij zei.

Rubin en zijn onderzoeksteam construeerden grafeen nanoribbons molecuul voor molecuul met behulp van een eenvoudige reactie op basis van ultraviolet licht en blootstelling aan 600 graden hitte.

"Niemand anders is in staat geweest om dat te doen, maar het zal belangrijk zijn als men deze moleculen op industriële schaal wil bouwen, " zei Rubin, die ook lid is van het California NanoSystems Institute aan de UCLA.

Het proces verbetert andere bestaande methoden voor het maken van grafeen nanoribbons, een daarvan omvat het openknippen van buizen van grafeen, bekend als koolstofnanobuisjes. Die specifieke benadering is onnauwkeurig en produceert linten van inconsistente afmetingen - een probleem omdat de waarde van de bandgap van een nanoribbon afhangt van de breedte ervan, zei Rubin.

Om de nanolinten te maken, de wetenschappers begonnen met het kweken van kristallen van vier verschillende kleurloze moleculen. De kristallen sloten de moleculen in de perfecte oriëntatie om te reageren, en het team gebruikte toen licht om de moleculen tot polymeren te naaien, dat zijn grote structuren gemaakt van zich herhalende eenheden van koolstof- en waterstofatomen.

De wetenschappers plaatsten vervolgens de glanzende, diepblauwe polymeren in een oven met alleen argongas en verhitte ze tot 600 graden Celsius. De hitte zorgde voor de nodige energiestoot voor de polymeren om de uiteindelijke bindingen te vormen die de nanoribbons hun uiteindelijke vorm gaven:zeshoekige ringen bestaande uit koolstofatomen, en waterstofatomen langs de randen van de linten.

"We zijn in wezen de polymeren aan het verkolen, maar we doen het op een gecontroleerde manier, ' zei Rubin.

Het proces, wat ongeveer een uur duurde, leverde grafeen nanoribbons op van slechts acht koolstofatomen breed maar duizenden atomen lang. De wetenschappers verifieerden de moleculaire structuur van de nanoribbons, die diep zwart van kleur en glanzend waren, door er licht van verschillende golflengten op te schijnen.

"We keken naar welke golflengten van licht werden geabsorbeerd, "Zei Rubin. "Dit onthult handtekeningen van de structuur en samenstelling van de linten."

De onderzoekers hebben een patentaanvraag ingediend voor het proces.

Rubin zei dat het team nu onderzoekt hoe de nanoribbons beter kunnen worden gemanipuleerd - een uitdaging omdat ze de neiging hebben om aan elkaar te kleven.

"Direct, het zijn bundels vezels, "Zei Rubin. "De volgende stap zal in staat zijn om elk nanolint één voor één aan te pakken."