德國慕尼黑理工大學(Technische Universitat Munchen;TUM)的研究團隊設計了一種複合材料,由矽奈米片和能夠抗紫外光且易於加工處理的聚合物組成。這項新發現使矽奈米片更接近於工業化,可用於軟性顯示器面板或光感測器等應用。

矽的本質類似於碳,它能形成僅一個原子層厚度的2D網路。如同石墨烯一樣,這些奈米片能顯示出優異的光學特性。理論上。它可用於奈米電子應用。除了用於軟性顯示器面板或場效電晶體,這種材料還可作為鋰離子電池陽極的備選方案。

TUM研究人員 Tobias Helbich說:「矽奈米片特別令人感興趣,因為整個資訊技術都是以矽為基礎的。對於工業應用,它並不需要改用其他新的基礎材料,這和石墨烯的特性相反。」然而,「這種奈米片相當脆弱,而且在處於UV輻射下時又會迅速分解,因而明顯地限制其應用。」

Helbig與其他研究人員共同合作,第一次成功地將矽奈米片嵌入於聚合物中,從而保護其免於分解。此一嵌入過程對於奈米片來兩倍的效果:它們可經化學調整,同時防止氧化。TUM的開發結果是首次以矽奈米片為基礎的複合材料。

Helbich解釋說:「讓我們的奈米複合材料得以如此特別的原因在於它結合了兩種元件的正面特性。聚合物矩陣吸收UV中的光、穩定奈米片,並賦予材料聚合物的特性,同時保持奈米片的顯著光電性能。」其靈活性以及抗外部影響的耐久性,使得新開發的材料符合工業加工的標準聚合物技術。這讓實際的應用不再遙不可及。

該複合材料特別適用於奈米電子學的新興與未來領域。在此,諸如電路和電晶體等「經典」電子元件可在小於100奈米的規模上實現,從而可實現全新的技術,例如用於更快的電腦處理器。

奈米複合材料的首次成功應用是最近在ATUMS研究生課程中提出的:TUM奈米電子所Alina Lyuleeva和教授Paolo Lugli,以及他的同事Helbich和他的同事Bernard Rieger,聯手成功打造了一款基於這些矽奈米片的光電偵測器。

為此,他們將嵌入矽奈米片的聚合物安裝在塗覆金觸點的二氧化矽表面上。由於其尺寸極小,使得這種奈米電子偵測器可節省大量的空間和能量。

該研究是ATUMS研究生課程的一部份,其中齊集了德國和加拿大的化學、電子工程和物理學領域的科學家。他們的目標不只是在創造基於奈米粒子和聚合物材料的新功能,同時也計劃率先開發出首款應用。這項研究計劃是由德國研究委員會(DFG)和加拿大自然科學與工程研究理事會(NSERC)資助。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Polymer-coated silicon nanosheets could be an alternative to graphene ,by Christoph Hammerschmidt)