Silicium-nanobladeren als alternatief voor grafeen

Een interdisciplinair team onderzoekers van de Technische Universität München (TUM) presenteerde een composietmateriaal uit silicium nanobladeren en een kunststof, dat bestand is tegen UV en gemakkelijk te verwerken is. Hiermee komt team een stuk dichter bij industriële toepassing, bijvoorbeeld als materiaal voor flexibele displays of fotosensoren.

Het onderzoek is onderdeel van een Canadees/Duits onderzoeksprogramma, waarin wetenschappers uit beide landen uit de chemie, fysica en elektrotechniek nauw samenwerken. Hun doel is niet alleen om op basis van nanodeeltjes en polymeren materialen met totale nieuwe functies te maken, maar parallel daaraan ook de eerste toepassingen te ontwikkelen.

Silicium-nanobladeren

Silicium nanobladeren zijn dunne, tweedimensionale lagen met uitstekende opto-elektronische eigenschappen,vergelijkbaar met die van grafeen. Alleen zijn ze nog instabiel. Net als koolstof vormt silicium tweedimtensionale netwerken van slechts één atoomlaag dik.

Net als grafeen beschikken ze over uistekende opto-elektronische eigenschappen. Silicium nanobladeren zouden daarmee inzetbaar zijn in de nano-elektronica, bijvoorbeeld voor buigzame displays, als materiaal voor veldeffect-transistoren of voor fotodetectoren. Op grond van het vermogen om Li-ionen op te slaan, wordt er ook gesproken als anodemateriaal voor lithiumion-accu's.

Silicium nanobladeren zijn interessant omdat de huidige totale informatietechnologie is gebaseerd op silicium en producenten, anders dan bij grafeen, niet zouden hoeven overschakelen op een andere grondstof. Maar nanobladeren alleen zijn zeer kwetsbaar en worden vernietigd door UV-licht, wat de toepassing tot nu toe sterk beperkte.

Beste eigenschappen verenigd

Het is de onderzoekers gelukt de silicium nanobladeren in te bedden in kunststof en zo te behoeden voor vernietiging. Tegelijkertijd worden de nanobladeren in dezelfde stap gemodificeerd en aldus beschermd tegen oxidatie. Volgens de onderzoekers gaat het om de eerste nanocomposiet op basis van silicium nanobladeren.

Het bijzondere aan deze nanocomposiet is dat het de positieve eigenschappen van beide componenten verenigt. De polymeermatrix absorbeert het licht in het ultraviolette bereik, stabiliseert de nanobladeren en verleent het materiaal de eigenschappen van het gebruikte polymeer. Tegelijkertijd blijven de opto-elektronische eigenschappen van de nanobladeren behouden.

Nano-elektronica is einddoel

Zijn flexibiliteit en bestandheid tegen externe invloeden leiden er bovendien toe, dat het nieuw ontwikkelde materiaal industrieel kan worden verwerkt via gangbare methoden uit de polymeertechniek. Hiermee is industriële toepassing binnen handbereik.

De composieten zijn met name geschikt voor toepassingen in de nano-elektronica. Hier worden 'klassieke' elektronische componenten zoals schakelingen en transistoren op basis van nieuwe nanomaterialen gerealiseerd in grootten die beneden de 100 nm liggen. Op deze manier kunnen geheel nieuwe technologieën worden ontwikkeld, bijvoorbeeld voor snellere computerprocessoren.

Een eerste succesvolle toepassing van een nanocomposiet is een fotodetector van slechts enkele nanometers. Hiertoe brachten de onderzoekers in een polymeermatrix ingebedde silicium-nanobladeren aan op een met goudcontacten gecoat oppervlak van siliciumdioxide. Op grond van de geringe afmetingen bespaart zo'n nano-elektronische detector veel plaats en energie.

bron: Technische Universität München