Figura que ilustra el cambio estructural en los NTC antes y después del tratamiento térmico y de alta presión, donde los CNT prístinos se aplastan en GNR después del tratamiento a presión / térmico. Diagrama esquemático del aplastamiento de un SWCNT y DWCNT (izquierda) en GNR de doble capa y cuatro capas con borde cerrado (derecha) mediante un tratamiento térmico y de alta presión (P). Crédito:Changxin Chen, et al. Electrónica de la naturaleza, 2021, 4 (9):653–663)
Las nanocintas de grafeno (GNR) son tiras estrechas y largas de grafeno con anchos inferiores a 100 nm. GNR que tienen bordes lisos, una banda prohibida considerable y una alta movilidad del portador de carga podrían ser muy valiosos para una amplia gama de aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas. Hasta aquí, sin embargo, Los ingenieros aún no han introducido un método para preparar estos útiles componentes a gran escala.
Investigadores de la Universidad Jiao Tong de Shanghai, Universidad Stanford, y otros institutos en EE. UU. y China, Recientemente diseñaron una nueva estrategia para crear GNR con bordes suaves que tienen menos de 10 nm de ancho. Este método, introducido en un artículo publicado en Electrónica de la naturaleza , se basa en el uso de nanotubos de carbono aplastados (CNT), tubos hechos de carbono que normalmente tienen diámetros en la escala nanométrica.
"La idea detrás de nuestro trabajo es que si los nanotubos de carbono (CNT) se pueden convertir en GNR, seríamos capaces de producir GNR estrechos (de menos de 5 nm de ancho) a partir de CNT que tienen diámetros pequeños, "Prof. Changxin Chen y Wendy L. Mao, dos de los investigadores que realizaron el estudio, dicho Phys.org . "Es más, las GNR preparadas con este método serán mucho más estrechas que las obtenidas con métodos anteriores ".
El reciente estudio del Prof.Chen, Mao El profesor Hongjie Dai y sus colegas fue un esfuerzo conjunto entre sus respectivos grupos de investigación en la Universidad Jiao Tong de Shanghai y la Universidad de Stanford. con aportes adicionales de otras instituciones. Un equipo dirigido por el profesor Chen y Dai desarrolló principalmente el método y los procesos del tratamiento térmico / de alta presión para aplastar los CNT en GNR, así como en la recopilación de caracterizaciones de los GNR preparados, cálculos y mediciones de rendimiento del dispositivo. El grupo de investigación de la profesora Wendy Mao llevó a cabo los experimentos de celda de yunque de diamante de alta presión (DAC) a través de los cuales se aplastaron los CNT.
Otro objetivo de esta reciente colaboración fue lograr bordes atómicamente suaves en todos los GNR, mediante la formación de GNR de borde cerrado que exhibieron una gran movilidad de material y dispositivo. Para producir sus GNRs de menos de 10 nm de ancho y largo con bordes cerrados atómicamente lisos, los investigadores aplastaron los CNT utilizando el método de tratamiento térmico y de alta presión ideado por Chen y su equipo.
"Usamos un DAC para el tratamiento de alta presión de CNT, "Chen y Mao explicaron." Las muestras de CNT se sellaron en una cámara de muestras en el DAC y luego se comprimieron entre las puntas de dos yunques de diamante. Para estabilizar la estructura de la muestra aplastada, realizamos un tratamiento térmico en la muestra mientras estaba a alta presión ".
Los GNR creados por Chen, Mao Dai y sus colegas tienen una fluidez atómica, bordes cerrados y muy pocos defectos. Usando el método que idearon, el equipo incluso pudo producir GNR de menos de 5 nm con un ancho mínimo de 1,4 nm. Notablemente, encontraron que un transistor de efecto de campo (FET) basado en un GNR de borde cerrado de 2.8 nm de ancho exhibía un alto I sobre / I apagado proporción de> 10 4 , movilidad de efecto de campo de 2, 443 cm 2 V −1 s −1 y conductividad del canal en estado de 7,42 mS.
"Nuestra investigación demuestra que las nanocintas de grafeno semiconductoras de menos de 10 nm de ancho con bordes cerrados atómicamente lisos se pueden producir aplastando nanotubos de carbono utilizando un tratamiento combinado de alta presión y térmico, "Dijeron Chen y Mao." Con este enfoque, Se pueden crear nanocintas tan estrechas como 1,4 nm. Las nanocintas de borde abierto también se fabricaron utilizando ácido nítrico como oxidante para grabar selectivamente los bordes de los nanotubos aplastados a alta presión ".
El estudio podría tener importantes implicaciones para el desarrollo de nuevos dispositivos electrónicos y optoelectrónicos. En el futuro, el método ideado por Chen, Mao Dai y sus colegas podrían utilizarse para producir estrecho, y GNR semiconductores largos.
Además, su estrategia de fabricación permite a los ingenieros controlar los tipos de borde de un GNR. Esto podría ayudar a explorar más las propiedades fundamentales y las aplicaciones prácticas de los GNR en electrónica y optoelectrónica. Por último, el método desarrollado por Chen, Mao Dai y sus colegas también podrían adaptarse para sintetizar también otras nanocintas basadas en materiales deseables utilizando nanotubos aplastados o para aplanar otros materiales de fullereno.
"Ahora que hemos demostrado el potencial de nuestro enfoque, we are investigating ways to make the synthesis conditions more practical and ways to scale up the synthesis of GNRs (e.g., decreasing the pressure needed for squashing CNTs by regulating the temperature of the sample in the high-pressure treatment or introducing additional deviatoric-stress component in the pressure), " Chen and Mao added. "In our next studies, we also plan to explore more unique characteristics of the edge-closed GNRs we created."
© 2021 Science X Network
