เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง ท่อนาโนคาร์บอนที่ถูกบีบอัดทำให้นาโนริบบอนเรียบขึ้น

เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง ท่อนาโนคาร์บอนที่ถูกบีบอัดทำให้นาโนริบบอนเรียบขึ้น

เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง กราฟีนนาโนริบบอน (GNR) มีประโยชน์หลายอย่างในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และออปโตอิเล็กทรอนิกส์ แต่การขาดวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการเตรียมแถบคาร์บอนที่แคบเป็นพิเศษเหล่านี้ได้จำกัดการใช้งาน นักวิจัยในจีนและสหรัฐอเมริกาได้ค้นพบแนวทางใหม่แล้ว ด้วยการบีบท่อนาโนคาร์บอนในเซลล์ทั่งเพชร ทีมงานได้ผลิต GNR สารกึ่งตัวนำที่มีความกว้างต่ำกว่า 10 นาโนเมตร 

โดยมีขอบปิดที่เรียบของอะตอมและมีข้อบกพร่องเล็กน้อย 

ซึ่งอาจเป็นการปูทางไปสู่การนำวัสดุไปใช้อย่างแพร่หลายมากขึ้น ในรูปแบบมาตรฐาน กราฟีน (แผ่นคาร์บอนสองมิติ) เป็นโลหะกึ่งโลหะที่ไม่มีช่องว่างระหว่างแถบนำไฟฟ้า วิธีหนึ่งในการเปลี่ยนเป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่มีแถบความถี่ ซึ่งเป็นขั้นตอนที่จำเป็นก่อนที่จะเปิดและปิดอุปกรณ์ที่ทำจากอุปกรณ์ดังกล่าวได้ คือการลดมิติของมันให้เหลือน้อยลงไปอีกโดยการทำให้เป็น GNR จากการศึกษาพบว่า GNR ที่มีความกว้างน้อยกว่า 10 นาโนเมตรล้วนเป็นสารกึ่งตัวนำ ยังดีกว่า GNR ที่มีความกว้าง 5 นาโนเมตรหรือน้อยกว่านั้นจะมีช่องว่างขนาดใหญ่พอที่จะตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์ลอจิกประสิทธิภาพสูง

สิ่งที่จับได้คือคุณสมบัติการขนส่งอิเล็กตรอนของ GNR นั้นขึ้นอยู่กับความเรียบของขอบอย่างมาก ความหยาบเล็กน้อยจะทำให้อิเล็กตรอนกระจัดกระจาย ซึ่งจะทำให้การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนของนาโนริบบอนลดลง และน่าเสียดายที่ GNR คุณภาพสูงและแคบเป็นพิเศษนั้นสร้างได้ยาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากขอบของพวกมันจำเป็นต้องเรียบตลอดความยาวของริบบิ้นยาว

จากบนลงล่างและล่างขึ้นบน

กลยุทธ์ในการทำให้ GNR กว้างน้อยกว่า 10 นาโนเมตรแบ่งออกเป็นสองประเภท – จากบนลงล่างและล่างขึ้นบน ตัวอย่างของกลยุทธ์จากบนลงล่าง ได้แก่ การใช้อัลตราซาวนด์เพื่อผลัดเซลล์ผิวกราไฟท์ที่ขยายได้ เริ่มต้นด้วย GNR ที่กว้างขึ้นและลดขนาดลงด้วยการแกะสลักเฟสก๊าซ ใช้หน้ากากนาโนเพื่อสร้างรูปแบบที่แคบเหมือนแถบในกราฟีนสองมิติ และการพิมพ์หินที่นำโดยกล้องจุลทรรศน์อุโมงค์สแกน

ปัญหาเกี่ยวกับวิธีการเหล่านี้ Changxin Chen นักวิจัยจากShanghai Jiao Tong University ของจีน ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษาใหม่อธิบายว่าพวกเขามักจะผลิต GNR ที่มีขอบหยาบและมีข้อบกพร่องมากมาย ซึ่งช่วยลดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนของโครงสร้างได้อย่างมาก “ขอบที่ไม่สม่ำเสมอระหว่าง GNR ยังส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในโครงสร้างและคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของ GNR” เขากล่าวเสริม

กลยุทธ์จากล่างขึ้นบน ได้แก่ การสังเคราะห์นาโนริบบอนจากสารละลายหรือใช้เทคนิคที่เรียกว่าการประกอบพื้นผิวช่วย น่าเสียดายที่โครงสร้างนาโนที่สร้างขึ้นโดยใช้กลยุทธ์เหล่านี้ยังต้องทนทุกข์ทรมานจากการเคลื่อนย้ายของพาหะต่ำ และโดยทั่วไปแล้วจะสั้น ยาวเพียงสิบนาโนเมตร

นาโนริบบอนปิดขอบเรียบแคบกว่า 5 นาโนเมตรในทางตรงกันข้าม เทคนิคใหม่จากบนลงล่างที่พัฒนาขึ้นโดย Chen และเพื่อนร่วมงานจะสร้างนาโนริบบอนแบบปิดขอบที่มีอะตอมเรียบและมีความกว้างเพียง 1.4 นาโนเมตร ซึ่งเป็นส่วนที่แคบที่สุดที่รายงานใน GNR ที่ประดิษฐ์ขึ้นโดยใช้วิธีการจากบนลงล่าง “นาโนริบบอนที่เตรียมไว้ยังมีช่องว่างขนาดใหญ่และการเคลื่อนที่ของพาหะสูง ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพสูง 

ทรานซิสเตอร์แบบ field-effect” Chen กล่าวกับPhysics World

ในการสร้าง GNR นักวิจัยได้ใช้ท่อนาโนคาร์บอนแบบผนังเดี่ยวและแบบผนังคู่ (CNTs) ที่มีแรงดันสูงถึง 22.8 GPa ในเซลล์ทั่งเพชร หลังจากโหลด CNTs เข้าไปในห้องตัวอย่างที่อยู่ตรงกลางของปะเก็นทังสเตนที่มีการเยื้องล่วงหน้า พวกเขาบีบอัดปะเก็นระหว่างทั่งสองอัน ให้ความร้อนทั้งชุดสูงถึง 220 °C สำหรับแรงดันสูงสุด การใช้สเปกโทรสโกปีในแหล่งกำเนิด ผ่านหน้าต่างเพชร (โปร่งใส) ของเซลล์ พวกเขาสังเกตเห็นว่าโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของ CNT มีการเปลี่ยนแปลงก่อนและหลังการบำบัดด้วยแรงดันสูง/ความร้อน

วิธีการสร้างโทโพโลยีในกราฟีนนาโนริบบอน

นักวิจัยพบว่าวิธีการนี้มีผลตอบแทนค่อนข้างสูง โดยเปลี่ยนวัสดุเริ่มต้นได้ถึง 54% เป็นนาโนริบบอนแบบปิดขอบ วิธีการเดียวกันนี้ยังสามารถใช้เพื่อสร้างนาโนริบบอนแบบเปิดขอบโดยใช้กรดไนตริกเป็นสารออกซิแดนท์เพื่อเลือกกัดขอบของท่อนาโนที่ถูกบีบอัด เทคนิคนี้สามารถขยายออกไปได้อีกทางหนึ่ง เช่น การทำนาโนริบบอนจากวัสดุที่สร้างท่อนาโนอื่นๆ หรือเพื่อทำให้วัสดุฟูลเลอรีนอื่นๆ เรียบ

ขยายการสังเคราะห์ GNR

เพื่อทดสอบคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของ GNR เฉินและเพื่อนร่วมงานได้สร้างทรานซิสเตอร์แบบ field-effect จากนาโนริบบอนแบบปิดขอบกว้าง 2.8 นาโนเมตร พวกเขาพบว่ามีอัตราส่วนการเปิด/ปิดกระแสไฟที่มากกว่า 10 4และแถบความถี่ขนาดใหญ่ที่ประมาณ 494 eV นอกจากนี้ยังมีความคล่องตัวของเอฟเฟกต์ภาคสนามสูงถึง 2443 ซม. 2 /V/s และค่าการนำไฟฟ้าของช่องสัญญาณแบบ on-state 7.42 mS

นักวิจัยกล่าวว่าขณะนี้พวกเขากำลังพยายามลดความดันที่ต้องใช้ในการสควอช CNT โดยการเพิ่มองค์ประกอบความเครียด “เบี่ยงเบน” หรือโดยการควบคุมอุณหภูมิที่ดำเนินการบำบัดความร้อนที่ความดันสูงสุด “ด้วยการใช้แรงกดที่ต่ำลง และต้องขอบคุณวิธีการของเราที่ให้ผลตอบแทนสูง เราจะสามารถขยายขนาดการสังเคราะห์ GNR ได้โดยใช้วิธีการแบบหลายทั่งตีนตะขาบหรือเครื่องกดปริมาณมาก” Chen กล่าว เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง