Các cấu trúc nano graphene với các cạnh hình zigzag cho thấy nhiều hứa hẹn về công nghệ nhờ các đặc tính điện tử và từ tính tuyệt vời của chúng. Thật không may, các cạnh phản ứng cao của cái gọi là dải nano graphene (GNR) này xuống cấp nhanh chóng khi tiếp xúc với không khí, hạn chế các ứng dụng thực tế của chúng. Một đội ở Tây Ban Nha và Cộng hòa Séc hiện đã đưa ra hai chiến lược mới để bảo vệ chúng. Những chiến lược này cũng có thể được mở rộng cho các loại cấu trúc nano dựa trên carbon quan trọng về mặt công nghệ.
GNRS đặc biệt vì hành vi của các electron của chúng có thể được điều chỉnh từ giống kim loại đến bán dẫn chỉ bằng cách điều chỉnh chiều dài hoặc chiều rộng của dải băng, sửa đổi cấu trúc các cạnh của chúng hoặc pha tạp chúng với các nguyên tử phi carbon. Các vật liệu cũng có thể được tạo ra từ tính bằng cách sử dụng các kỹ thuật này. Tính linh hoạt của GNR khiến chúng trở thành khối xây dựng đầy hứa hẹn cho nhiều ứng dụng, bao gồm cả công nghệ lượng tử.
Vấn đề là các đặc tính đặc biệt của GNR phụ thuộc vào sự hiện diện của các đoạn hình zigzag dọc theo các cạnh của chúng và các đoạn này (không giống như các cạnh hình ghế bành) không ổn định trong không khí. Điều này có nghĩa là GNR cần được giữ trong chân không, khiến việc sử dụng chúng trong các ứng dụng trong thế giới thực trở nên khó khăn.
sp3 cấu hình tăng sự ổn định không khí
Trong công trình mới, ba nhóm nghiên cứu – đứng đầu là Dimas G de Oteyza của Trung tâm nghiên cứu vật liệu nano và công nghệ nano (CINN) ở El Entrego, Tây ban nha; Diego Peña từ CiQUS, Đại học de de de de Compostela; Và Pavel Jelinek tại Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Séc – đã nghiên cứu các dải dải nano graphene hẹp với mật độ lớn các cạnh hình zíc zắc. Họ phát hiện ra rằng khi hydro hóa, các nguyên tử cacbon trong cấu trúc nano tái lai thành một sp3 cấu hình, làm tăng sự ổn định của chúng trong không khí. Các cấu trúc có thể được chuyển đổi trở lại trạng thái ban đầu chỉ bằng cách làm nóng chúng. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng họ có thể làm cho các cấu trúc nano ổn định bằng cách chức năng hóa chúng bằng các nhóm bên ketone. Dạng vật liệu bị oxy hóa này cũng ổn định với nhiều loại hóa chất khác và có thể được chuyển đổi trở lại dạng nguyên sơ bằng cách hydro hóa và ủ trong điều kiện chân không. Trong cả hai trường hợp, các GNR được bảo vệ vẫn giữ nguyên các đặc tính điện tử của cấu trúc nano nguyên sơ.
Oteyza nói: “Các chiến lược bảo vệ của chúng tôi cho phép chúng tôi đưa những phân tử này ra khỏi môi trường chân không trơ mà không làm suy giảm chúng. Thế giới vật lý. “Những kỹ thuật này có thể được ngoại suy cho các GNR và cấu trúc nano dựa trên carbon khác nhau, cũng như cho các nhóm chức năng khác nhau, cho phép các vật liệu carbon có cạnh ngoằn ngoèo này được sử dụng trong các ứng dụng trong thế giới thực có thể mở rộng.”
Các ống nano carbon bị ép tạo ra các dải nano mịn
Tuy nhiên, trước khi điều này trở thành hiện thực, Oteyza và các đồng nghiệp thừa nhận có những thách thức phải vượt qua. Peña giải thích: “Đầu tiên, các bước 'khử bảo vệ' vẫn yêu cầu điều kiện chân không. “Điều này có nghĩa là mặc dù chúng tôi có thể đặt các phân tử quan tâm của mình vào các cấu trúc thiết bị thích hợp cho các ứng dụng có thể mở rộng, nhưng các thiết bị đó vẫn phải hoạt động trong môi trường chân không.”
Do đó, một bước bổ sung sẽ được yêu cầu, cụ thể là bảo vệ cấu trúc của toàn bộ thiết bị dựa trên GNR theo cách không ảnh hưởng đến tính chất hóa học của phân tử. “Đây là một trong những thách thức chính mà chúng ta cần giải quyết,” Jelinek nói.
Nghiên cứu được công bố trong Hóa học tự nhiên.
