مواد نانوية جديدة تشبه الجرافين

قام باحثون من مختبر الأبحاث الفيدرالي في سويسرا بإعداد مواد تشبه الجرافين باستخدام طريق كيميائي يستخدم الأسطح المعدنية

يعد الجرافين مادة واعدة لتطوير الأجهزة الإلكترونية النانوية في المستقبل. إلا أن البحث عن طرق دقيقة وصناعية لتحضير الغرافين، والمواد المشتقة منه والتي لها خصائص إلكترونية، ما زال جاريا. ومن أجل التغلب على هذا القيد، قام باحثون من مختبر الأبحاث الفيدرالي في سويسرا بإعداد مواد تشبه الجرافين باستخدام طريق كيميائي يستخدم الأسطح المعدنية.

تم نشر العمل للتو في المجلة العلمية Nature Chemistry. في هذه الدراسة، جمع العلماء الملاحظات التجريبية المستمدة من الفحص المجهري النفقي (STM) مع المحاكاة الحاسوبية.

أصبحت المكونات الإلكترونية صغيرة بشكل متزايد، مع استبدال المكونات الإلكترونية الدقيقة تدريجيًا اليوم بنظيراتها الإلكترونية النانوية. وفي عالم النانومتر، بدأ السيليكون (السيليكون)، وهو المادة الأكثر شيوعاً اليوم في مجال أشباه الموصلات، يصل إلى حدود استخدامه، مما يحول دون المزيد من التصغير والتقدم التكنولوجي. ولذلك فإن الطلب على المواد الجديدة لاستخدامها في مجال الإلكترونيات كبير. وبفضل الخصائص الإلكترونية الممتازة للجرافين، وهو عبارة عن شبكة ثنائية الأبعاد من الكربون، فإنه يعتبر بديلا ممكنا. ومع ذلك، لا بد من التغلب على العديد من العقبات قبل أن يصبح من الممكن استخدام الجرافين في مجال أشباه الموصلات. على سبيل المثال، لا توجد اليوم طريقة سهلة التطبيق لتحضير مواد شبيهة بالجرافين على نطاق واسع.

أبلغ باحثون من مختبر الأبحاث الفيدرالي السويسري (Empa, nanotech@surfaces) عن تطوير طريق كيميائي سطحي لتحضير أجزاء صغيرة من الجرافين، وهي أشكال تعرف باسم النانوجرافين. وباستخدام نموذج لمادة أولية من نوع البولي إيثيلين، تمكن الباحثون، بالتعاون مع شركائهم من معهد ألماني (معهد ماكس بلانك لأبحاث البوليمرات في ماينز)، ومن جامعة زيورخ، من اكتشاف كيفية حدوث التفاعل ضعها بالتفصيل على سطح نحاسي وكيف يمكن تحويل وحدات البناء إلى جرافينات نانوية مستوية مباشرة عن طريق السطح.

للحصول على النتائج التي توصلوا إليها، قام الباحثون بدمج الملاحظات التجريبية، خاصة من المجهر النفقي الماسح، إلى جانب عمليات المحاكاة الحاسوبية. تم استخدام عمليات المحاكاة لتحديد ما إذا كان التفاعل الكيميائي ممكنًا من الناحية النظرية أم لا، في ضوء اعتبارات الطاقة المعنية. النتائج: يتكون مسار التفاعل من ست خطوات وخمسة وسيطات. يتم تثبيت اثنين من هذه الوسائط بمساعدة السطح، بحيث يمكن رؤيتها كصورة باستخدام المجهر المحدد. يتم تقليل الحواجز النشطة بين الوسائط المختلفة بفضل التأثير التحفيزي للركيزة.

ومع ذلك، لكي نتمكن من دمجها في الدوائر الكهربائية، يجب إنتاج المواد الشبيهة بالجرافين باستخدام أسطح شبه موصلة بدلاً من الأسطح المعدنية. قام الباحثون بفحص عمليات المحاكاة الخاصة بهم للتحقق مما إذا كان نهجهم يمكن أن يعمل أيضًا على هذه الأسطح وكانت النتائج واعدة جدًا وتظهر أن التوليف القائم على الركيزة هو وسيلة ممكنة لإنتاج النانوجرافين عند الطلب على مجموعة متنوعة من الأسطح والركائز.

أخبار الدراسة