Chemici werken aan de synthese van de volgende generatie supermaterialen voor hoogwaardige elektronica, zonnepanelen, fotodetectoren en kwantumcomputers. Hoewel ze vooruitgang hebben geboekt met samengestelde materialen, ze zijn er nog niet in geslaagd om voor dergelijke apparaten ongewijzigde of "vrijstaande" materialen te ontwikkelen, volgens een recensie gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen .

Grafeen is een koolstofmateriaal dat is afgeleid van grafiet, hetzelfde soort materiaal als in potloden, maar het is gerangschikt in een één atoom dun honingraatrooster. Ontdekt in 2004, de tweedimensionale opstelling van grafeen geeft het "buitengewone" eigenschappen, inclusief extreme sterkte en "wonderbaarlijk hoge" elektronengeleiding.

Echter, het strakke rooster mist een halfgeleidende bandgap, wat essentieel is voor elektronische apparaten. Daarom, wetenschappers hebben gezocht naar alternatieve materialen met bandgaps, maar hebben nog steeds een grafeen-achtige structuur.

Er is veel aandacht besteed aan grafeen kwantumstippen, dat zijn kleine segmenten van grafeen, ongeveer 10 tot 100 nm koolstofzeshoeken over en minder dan 30 atoomplaten dik. Om ervoor te zorgen dat de stippen zich meer als 2D-grafeen gedragen, onderzoeksteams hebben andere moleculen toegevoegd om de structuur en functie van het materiaal te veranderen.

Bijvoorbeeld, een team bevestigde moleculaire groepen die stikstof bevatten aan grafeen-kwantumstippen. Ze ontdekten dat verschillende moleculaire combinaties de elektronische structuur van de kwantumstip op unieke manieren veranderden. Dit verschoof de kleur van het licht dat het materiaal produceerde bij blootstelling aan elektriciteit, wat handig is voor lichtemitterende diodes en fotodetectoren. Verschillende teams hebben met succes fotodetectoren gebouwd en getest met behulp van grafeen-kwantumdots. Het is ook aangetoond dat het materiaal de prestaties van kleurstofgevoelige zonnecellen verbetert.

Onderzoekers onderzoeken ook silicium- en germaniumanalogen van grafeen, genaamd siliceen en germaneen, en hun respectieve gehydrogeneerde vormen, silicaan en germanaan. Ze testen hoe verschillende bereidingsmethoden en structuren, zoals meerdere lagen en toegevoegde moleculen, invloed hebben op de prestaties van potentiële elektronische of fotonische apparaten.

Hoewel siliceen en germaneen tot nu toe niet zijn bereid zonder toegevoegde moleculen, de gemodificeerde materialen lijken sterk op de 2D-materialen die theoretisch worden voorspeld. Het begrijpen van de eigenschappen van de gemodificeerde materialen is een "goed startpunt" voor het ontwikkelen van toekomstige nanomaterialen, volgens de papierschrijvers.

uiteindelijk, de recensenten, geleid door Hideyuki Nakano van Toyota Central R&D Labs in Japan, zijn optimistisch dat elektronische apparaten en materialen voor energieopslag in de nabije toekomst kunnen worden ontwikkeld met behulp van deze materialen.