Sciencemag.cz
Doporučujeme
Grafenové pásky (nanoribbons) mají oproti grafenu ve větší ploše řadu speciálních vlastností. Lze je vyrobit jak metodou shora dolů, tj. cca řezáním, tak i zdola, tedy růstem po atomech. Tímto způsobem se dají získat pravidelnější struktury s méně kazy, nicméně až dosud celý postup vyžadoval zlatý substrát a ultravysoké vakuum.
Ruští vědci z Moskevského ústavu fyziky a technologie nyní tuto metodu modifikovali. Při usazování par uhlíku (metoda CVD, chemická depozice par, kterou se běžně vyrábí i „obecný“ grafen) stačí použít jako substrát levnější nikl a vakuum s běžně dostupnými parametry (miliardtina atmosferického tlaku, dosud požadované ultravysoké vakuum znamenalo ještě 10 000krát nižší tlak). Syntéza probíhá ve skleněné trubici z bromovaného uhlovodíku na niklové fólii – za teplot až 380 °C, v několika krocích. Samotnou niklovou folii je třeba nejprve zbavit zoxidovaného povrchu asi při 1 000 °C.
Tímto postupem vzniká více pásků na sobě, ty se ale od sebe snadno oddělí po ponoření materiálu při vzniku suspenze. Sloupek o tloušťce asi 1 000 nanometrů se rozdělí na monoatomární pásky. Analýza (Ramanova spektroskopie) následně ukázala, že tyto pásky prakticky neobsahují kazy. To, že vznikají ve více vrstvách, naopak přináší vyšší produktivitu celé syntézy. Požitými rozpouštědly je chlorbenzen a toluen, navíc za použití ultrazvuku, ale zde nejspíš existuje prostor pro další optimalizaci. (Poznámka PH: rozpouštědlo spíše v uvozovkách, když má vznikat suspenze; i když proč se v nepolárních rozpouštědlech pásky prostě opravdu nerozpustí?)
Grafenové pásky mají různé vlastnosti podle toho, jak vypadají jejich okraje. Na obrázku vidíme verzi 7-Z (okraj cik-cak po 1 atomu) a variantu 7-A (okraj cik-cak po 2 atomech). I takto drobná odlišnost dokáže podstatně změnit vlastnosti materiálu. Verze 7-Z se chová jako kov, 7-A je naproti tomu polovodič. Autoři výzkumu uvádějí, že výsledkem jejich postupu je grafenový pásek druhého typu, tedy polovodič. Materiál také vykazuje tzv. excitonovou fotoluminiscenci a mohl by se používat v nelineární optice.
Poznámka: Technologie výroby grafenových pásků zahrnují např. i takové triky, jako je syntéza v uhlíkové nanotrubičce – tímto způsobem se definuje maximální šířka pásku.
Viz také: 2D materiály mají i okraje
Pavel V. Fedotov et al, Excitonic Photoluminescence of Ultra-Narrow 7-Armchair Graphene Nanoribbons Grown by a New „Bottom-Up“ Approach on a Ni Substrate under Low Vacuum, The Journal of Physical Chemistry C (2020). DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c07369
Zdroj: Moscow Institute of Physics and Technology / Phys.org
