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《科学》:科学家用石墨烯成功制备出石墨烷

作者:哲学论文
出处:www.lunrr.com
时间:2020-01-31
作者:王小龙,冯卫东资料来源:科技日报出版:2009

《科学》:科学家成功制造石墨烯“这一结果可能取代硅成为未来的半导体材料”最近,英国曼彻斯特大学物理和天文学学院的安德烈格伊教授和科斯蒂亚诺瓦塞洛夫博士开发了一种突破性的新材料基于石墨烯的石墨烯。他们使用纯石墨烯和氢气来制备具有绝缘性能的二维结晶石墨烯衍生物石墨烷烃。该方法也适用于制备其他具有不同导电性能的石墨烯基超薄材料。相关研究结果发表在1月30日的美国杂志《科学》上。

从石墨烯到石墨烷烃

研究人员在每个碳原子上添加一个氢原子,而不破坏石墨烯独特的六边形晶格结构和单原子厚度,从而制备出石墨烯衍生物具有新特性的石墨烷烃。研究人员表示,尽管纯石墨烯的化学性质极其稳定,但他们发现氢原子可以与之反应,将高导电性石墨烯材料转变成具有绝缘性质的新型石墨烷烃。实验证明,石墨烯的性质可以通过化学方法改变,为制备其他石墨烯基化学衍生物铺平了道路。

科斯蒂亚诺维塞洛夫(Costiano Viselov)说:“石墨烯是一种优秀的导体,可以广泛应用于许多电子器件中。如果它的电子性质可以通过化学方法根据人们的需要来控制,它将有更有吸引力的应用前景。我们的工作证明了这种方法的可行性。我们为石墨烯化学衍生物的制造打开了大门,这将进一步拓宽石墨烯的应用空间。”

新半导体材料问世

安德烈和科斯蒂亚诺维塞洛夫于2004年首次制造石墨烯。纯石墨烯是一种只有一个原子厚度的晶体。它具有超薄(一个原子厚度)、超强和超导电性能(电子通过率几乎为100%)等。安德烈海姆和科斯蒂亚诺维塞洛夫(Costiano Viselov)在2004年成功开发并首次出版后,石墨烯立即成为材料和物理领域的研究热点。科学界认为石墨烯有可能取代硅成为未来的半导体材料,具有非常广阔的应用前景。然而,这一由石墨烯制造石墨烷烃的新突破无疑再次拓展了人们的想象力。

石墨烯独特的电子特性使研究人员能够开发新材料,生产更小更快的晶体管。然而,由于电子能谱中缺少能隙,科学家们被迫使用复杂的石墨烯结构。然而,曼彻斯特大学的研究人员通过将纯石墨烯暴露于雾化氢中,制造出了高质量的石墨烷烃晶体。这种方法揭示了许多其他超薄晶体材料可以由石墨烯制成。

2008年,研究人员根据石墨烯独特的电子特性,开发出比传统硅材料尺寸更小、速度更快的石墨烯晶体管。然而,为了补偿电子光谱中的能量缺陷,科学家们不得不使用相当复杂的石墨烯结构,如量子点和量子自由基来实现他们的目标。然而,这项新的研究发现石墨烯可以被改性成新的材料来微调其电子性能,这为未来电子设备的发展带来了更多的可能性,提供了一种真正多功能的材料。

Andreheim说,现代半导体工业的发展日程证明了这样一种发展趋势:从绝缘体到半导体再到金属。然而,如果一种材料通过改变其性质覆盖了整个领域,它很可能在半导体工业中带来一场革命。想象一下,未来的晶体管将由高导电性的纯石墨烯晶片和具有半导体特性的化学改良石墨烯衍生物组成。

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