聚合物包覆硅纳米片材料有望替代石墨烯

聚合物包覆硅纳米片材料有望替代石墨烯

　　硅纳米片是薄的二维层状材料，具有非常类似于石墨烯的光电性质。但硅纳米片不太稳定。现在，德国慕尼黑工业大学(TUM)的研究人员第一次生产了一种复合材料。它结合了硅纳米片和一种抗紫外线和易于加工的聚合物。这使科学家们距离柔性显示器和光电传感器等工业应用更进一步。

　　与碳类似，硅可形成仅一个原子层厚的二维网络。像石墨烯，这些二维硅层具有非凡的光电性能。因此，硅纳米片可以在纳米电子学中应用，例如在柔性显示器，场效应晶体管和光电探测器中。由于其具有存储锂离子的能力，因此也被认为是可再充电锂电池中的阳极材料。

　　“硅纳米片是特别有趣的，因为今天的信息技术建立在硅上，与石墨烯不同，基本材料不需要交换，”TUM大分子化学WACKER主席Tobias Helbich解释说。“然而纳米片本身非常脆弱，当暴露于紫外光时会快速崩解，这显着限制了它们的应用。”

　　聚合物和纳米片——两全其美

　　现在，Helbich与大分子化学主席Bernhard Rieger教授合作，首次成功地将硅纳米片嵌入聚合物中，保护它们免受腐烂。同时，保护纳米片免受氧化。这是第一种基于硅纳米片的纳米复合材料。

　　“我们的纳米复合材料的特殊之处在于它结合了其两个组分的优异性质。”Helbich解释说。 “聚合物基质吸收UV域中的光，可使纳米片稳定，并赋予材料聚合物的性能，同时保持纳米片的显着光电性能。”

　　纳米电子学的长期目标 - 跨越工业应用

　　其灵活性和对外部影响的耐久性也使得新开发的材料适合用于工业加工的标准聚合物技术。这使该材料的实际应用似乎触手可得。

　　该复合材料特别适用于未来纳米电子学的领域。这里，诸如电路和晶体管的“经典”电子部件在小于100纳米的标度上实现。这使全新的技术得以实现 - 例如更快的计算机处理器。

　　纳米电子光电探测器

　　Helbich构建的纳米复合材料的第一次成功应用最近才出现在ATUMS研究生课程(阿尔伯塔 / TUM国际功能混合材料研究生院)的背景下：来自慕尼黑的纳米电子学院的Alina Lyuleeva和Paolo Lugli教授，与Helbich和Rieger合作，成功构建了基于这些硅纳米片的光电检测器。

　　为此，他们将聚合物嵌入的硅纳米片安装在涂有金触点的二氧化硅表面上。由于其小尺寸，这种纳米电子探测器节省了大量的空间和能量。

　　该研究是ATUMS研究生课程(阿尔伯塔/ TUM国际功能混合材料研究生院(ATUMS; IRTG 2022))的一部分，其中德国和加拿大在化学、电气工程和物理学领域的科学家密切合作。他们的目标不仅是创造基于纳米颗粒和聚合物材料的新功能，而且同时开发第一应用。这项工作由德国研究委员会(DFG)和加拿大自然科学与工程研究理事会(NSERC)资助。

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