Графеновые наноструктуры с зигзагообразными краями демонстрируют большие технологические перспективы благодаря своим превосходным электронным и магнитным свойствам. К сожалению, высокореактивные края этих так называемых графеновых нанолент (ГНЛ) быстро разрушаются при воздействии воздуха, что ограничивает их практическое применение. Команда из Испании и Чехии разработала две новые стратегии их защиты. Эти стратегии также могут быть распространены на другие типы технологически важных наноструктур на основе углерода.
GNRS особенные, потому что поведение их электронов можно настроить от металлического до полупроводникового, просто регулируя длину или ширину лент, изменяя структуру их краев или легируя их неуглеродными атомами. Материалы также можно сделать магнитными, используя эти методы. Универсальность GNR делает их многообещающими строительными блоками для множества приложений, включая квантовые технологии.
Проблема в том, что исключительные свойства ЗНС обусловлены наличием зигзагообразных сегментов вдоль их краев, и эти сегменты (в отличие от ребер в форме кресла) неустойчивы на воздухе. Это означает, что GNR должны храниться в вакууме, что затрудняет их использование в реальных приложениях.
sp3 конфигурация повышает устойчивость на воздухе
В новой работе три исследовательские группы – под руководством Димас Г де Отейза Центр исследования наноматериалов и нанотехнологий (CINN) в Эль-Энтрего, Испания; Диего Пенья от CiQUS, Universidade-де-Сантьяго-де-Компостелаи Павел Елинек на Институт физики Чешской академии наук – исследованы узкие полоски графеновых нанолент с большой плотностью зигзагообразных ребер. Они обнаружили, что при гидрировании атомы углерода в наноструктурах регибридизуются в sp3 конфигурация, повышающая их устойчивость на воздухе. Структуры можно вернуть в исходное состояние, просто нагрев их. В качестве альтернативы исследователи обнаружили, что они могут сделать наноструктуры стабильными, функционализировав их кетоновыми боковыми группами. Эта окисленная форма материала также устойчива к ряду других химических веществ и может быть преобразована обратно в исходную форму путем гидрирования и отжига в условиях вакуума. В обоих случаях защищенные ЗНС сохраняют электронные свойства исходных наноструктур.
«Наши стратегии защиты позволяют нам извлекать эти молекулы из инертной вакуумной среды, не разрушая их», — говорит Отейза. Мир физики. «Эти методы могут быть экстраполированы на различные GNR и углеродные наноструктуры, а также на различные функциональные группы, что позволяет использовать эти углеродные материалы с зигзагообразными краями в масштабируемых реальных приложениях».
Из сплющенных углеродных нанотрубок получаются гладкие наноленты
Однако, прежде чем это станет возможным, Отейза и его коллеги признают, что есть проблемы, которые необходимо преодолеть. «Во-первых, этапы «снятия защиты» по-прежнему требуют условий вакуума», — объясняет Пенья. «Это означает, что, хотя мы можем поместить интересующие нас молекулы в соответствующие структуры устройств для масштабируемых приложений, устройства все равно должны работать в вакууме».
Поэтому потребуется дополнительный шаг, а именно защита структуры всего устройства на основе GNR таким образом, чтобы не затрагивать химический состав молекулы. «Это одна из основных проблем, которую нам необходимо решить, — говорит Елинек.
Исследование опубликовано в Химия природы.
