โครงสร้างนาโนของกราฟีนที่มีขอบรูปซิกแซกแสดงถึงอนาคตทางเทคโนโลยีมากมาย ต้องขอบคุณคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์และแม่เหล็กที่ยอดเยี่ยม น่าเสียดายที่ขอบที่มีปฏิกิริยาสูงของสิ่งที่เรียกว่ากราฟีนนาโนริบบอน (GNRs) เหล่านี้จะสลายตัวอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับอากาศ ทำให้จำกัดการใช้งานจริง ทีมงานในสเปนและสาธารณรัฐเช็กได้คิดกลยุทธ์ใหม่ XNUMX แนวทางเพื่อปกป้องพวกเขา กลยุทธ์เหล่านี้สามารถขยายไปยังโครงสร้างนาโนที่ใช้คาร์บอนที่มีความสำคัญทางเทคโนโลยีประเภทอื่น ๆ
GNRS มีความพิเศษเนื่องจากสามารถปรับพฤติกรรมของอิเล็กตรอนได้ตั้งแต่แบบโลหะไปจนถึงสารกึ่งตัวนำได้ง่ายๆ โดยการปรับความยาวหรือความกว้างของริบบอน ปรับเปลี่ยนโครงสร้างของขอบ หรือเจือด้วยอะตอมที่ไม่ใช่คาร์บอน วัสดุสามารถทำเป็นแม่เหล็กได้โดยใช้เทคนิคเหล่านี้ ความเก่งกาจของ GNR ทำให้พวกเขามีแนวโน้มเป็นหน่วยการสร้างสำหรับการใช้งานจำนวนมาก รวมถึงเทคโนโลยีควอนตัม
ปัญหาคือคุณสมบัติพิเศษของ GNR ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของส่วนที่เป็นรูปซิกแซกตามขอบ และส่วนเหล่านี้ (ไม่เหมือนกับขอบรูปเก้าอี้นวม) จะไม่เสถียรในอากาศ ซึ่งหมายความว่า GNR จำเป็นต้องอยู่ในสุญญากาศ ทำให้ยากต่อการนำ GNR ไปใช้ในโลกแห่งความเป็นจริง
sp3 การกำหนดค่าเพิ่มความเสถียรของอากาศ
ในงานใหม่นี้ กลุ่มวิจัยสามกลุ่มซึ่งนำโดย ดิมาส จี เด โอเตย์ซา ของ ศูนย์วิจัยวัสดุนาโนและเทคโนโลยีนาโน (CINN) ในเมือง El Entrego, สเปน; ดิเอโก้ เปญ่า ราคาเริ่มต้นที่ ซิคิวส, มหาวิทยาลัย Santiago de Compostelaและ พาเวล เจลิเน็ก ที่ สถาบันฟิสิกส์ สถาบันวิทยาศาสตร์เช็ก – ศึกษาแถบแคบของแกรฟีนนาโนริบบอนที่มีขอบรูปซิกแซกหนาแน่นมาก พวกเขาพบว่าเมื่อเติมไฮโดรเจน อะตอมของคาร์บอนในโครงสร้างนาโนจะรวมตัวกันเป็น sp3 การกำหนดค่าซึ่งเพิ่มความเสถียรในอากาศ โครงสร้างสามารถแปลงกลับคืนสู่สภาพเดิมได้ง่ายๆ โดยการทำให้ร้อนขึ้น อีกทางหนึ่ง นักวิจัยพบว่าพวกมันสามารถทำให้โครงสร้างนาโนมีความเสถียรได้โดยการทำให้พวกมันทำงานด้วยกลุ่มย่อยของคีโตน รูปแบบออกซิไดซ์ของวัสดุนี้มีความเสถียรต่อสารเคมีอื่นๆ หลายชนิดเช่นกัน และสามารถเปลี่ยนกลับไปเป็นรูปแบบดั้งเดิมได้โดยการเติมไฮโดรเจนและการอบอ่อนภายใต้สภาวะสุญญากาศ ในทั้งสองกรณี GNR ที่ได้รับการป้องกันจะรักษาคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของโครงสร้างนาโนที่เก่าแก่
“กลยุทธ์การป้องกันของเราช่วยให้เราสามารถนำโมเลกุลเหล่านี้ออกจากสภาพแวดล้อมสุญญากาศเฉื่อยได้โดยไม่ทำให้โมเลกุลเหล่านี้เสื่อมสภาพ” Oteyza กล่าว โลกฟิสิกส์. "เทคนิคเหล่านี้อาจถูกอนุมานถึง GNR และโครงสร้างนาโนที่ใช้คาร์บอนที่แตกต่างกัน รวมถึงกลุ่มการทำงานที่แตกต่างกัน ทำให้วัสดุคาร์บอนที่มีขอบซิกแซกเหล่านี้สามารถนำไปใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริงที่ปรับขนาดได้"
ท่อนาโนคาร์บอนที่ถูกบีบทำให้นาโนริบบอนเรียบ
อย่างไรก็ตาม ก่อนที่สิ่งนี้จะเป็นไปได้ Oteyza และเพื่อนร่วมงานรับทราบว่ามีความท้าทายที่ต้องเอาชนะ “ประการหนึ่ง ขั้นตอน 'การปลดการป้องกัน' ยังคงต้องใช้สภาวะสุญญากาศ” เพญาอธิบาย “นั่นหมายความว่า แม้ว่าเราจะสามารถวางโมเลกุลที่เราสนใจลงในโครงสร้างอุปกรณ์ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่ปรับขนาดได้ แต่อุปกรณ์ก็ยังต้องทำงานในสภาวะสุญญากาศ”
ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีขั้นตอนเพิ่มเติม นั่นคือการปกป้องโครงสร้างของอุปกรณ์ที่ใช้ GNR ทั้งหมดในลักษณะที่ไม่ส่งผลกระทบต่อเคมีของโมเลกุล “นี่เป็นหนึ่งในความท้าทายหลักที่เราต้องจัดการ” เจลิเน็กกล่าว
การศึกษาถูกตีพิมพ์ลงที่ เคมีธรรมชาติ.
