Grafenske nanostrukture s cik-cakastimi robovi zaradi svojih odličnih elektronskih in magnetnih lastnosti veliko tehnološko obetajo. Na žalost se zelo reaktivni robovi teh tako imenovanih grafenskih nanotrakov (GNR) hitro razgradijo, ko so izpostavljeni zraku, kar omejuje njihovo praktično uporabo. Ekipa iz Španije in Češke republike je zdaj pripravila dve novi strategiji za njihovo zaščito. Te strategije bi lahko razširili tudi na druge vrste tehnološko pomembnih nanostruktur na osnovi ogljika.
GNRS so posebni, ker je mogoče obnašanje njihovih elektronov nastaviti od kovinskega do polprevodniškega preprosto s prilagoditvijo dolžine ali širine trakov, spreminjanjem strukture njihovih robov ali dopiranjem z neogljikovimi atomi. S temi tehnikami je mogoče materiale narediti tudi magnetne. Zaradi vsestranskosti GNR so obetavni gradniki za številne aplikacije, vključno s kvantnimi tehnologijami.
Težava je v tem, da so izjemne lastnosti GNR-jev odvisne od prisotnosti cikcakastih segmentov vzdolž njihovih robov, ti segmenti pa so (za razliko od robov v obliki fotelja) nestabilni na zraku. To pomeni, da morajo biti GNR v vakuumu, zaradi česar jih je težko uporabiti v aplikacijah v resničnem svetu.
sp3 konfiguracija poveča stabilnost zraka
V novem delu tri raziskovalne skupine – pod vodstvom Dimas G de Oteyza od Raziskovalni center za nanomateriale in nanotehnologijo (CINN) v El Entregu, Španija; Diego Peña iz CiQUS, Universidade de Santiago de CompostelaIn Pavel Jelinek pri Inštitut za fiziko Češke akademije znanosti – proučevali ozke trakove grafenskih nanotrakov z veliko gostoto cikcakastih robov. Ugotovili so, da se pri hidrogeniranju ogljikovi atomi v nanostrukturah rehibridizirajo v sp3 konfiguracijo, kar poveča njihovo stabilnost v zraku. Strukture je mogoče preprosto spremeniti v prvotno stanje s segrevanjem. Druga možnost je, da so raziskovalci ugotovili, da lahko naredijo nanostrukture stabilne tako, da jih funkcionalizirajo s ketonskimi stranskimi skupinami. Ta oksidirana oblika materiala je stabilna tudi za številne druge kemikalije in jo je mogoče pretvoriti nazaj v prvotno obliko s hidrogeniranjem in žarjenjem pod vakuumskimi pogoji. V obeh primerih zaščiteni GNR ohranijo elektronske lastnosti nedotaknjenih nanostruktur.
»Naše zaščitne strategije nam omogočajo, da te molekule vzamemo iz inertnega vakuumskega okolja, ne da bi jih poškodovali,« pravi Oteyza Svet fizike. "Te tehnike je mogoče ekstrapolirati na različne GNR in nanostrukture na osnovi ogljika, pa tudi na različne funkcionalne skupine, kar omogoča uporabo teh cik-cakastih ogljikovih materialov v razširljivih aplikacijah v realnem svetu."
Zmečkane ogljikove nanocevke tvorijo gladke nanotrakove
Preden pa to postane mogoče, Oteyza in sodelavci priznavajo, da je treba premagati izzive. »Prvič, koraki 'odstranitve zaščite' še vedno zahtevajo vakuumske pogoje,« pojasnjuje Peña. "To pomeni, da medtem ko lahko postavimo naše zanimive molekule v ustrezne strukture naprav za razširljive aplikacije, morajo naprave še vedno delovati v vakuumu."
Zato bo potreben dodaten korak, in sicer zaščita strukture celotne naprave, ki temelji na GNR, na način, ki ne vpliva na kemijo molekule. "To je eden glavnih izzivov, s katerimi se moramo spopasti," pravi Jelinek.
Študija je objavljena v Naravna kemija.
