p O grafeno nanoporoso tridimensional (3D) com caracteres eletrônicos 2D Dirac preservados foi sintetizado com sucesso pelo Dr. Yoshikazu Ito e pelo Prof. Mingwei CHEN no Instituto Avançado de Pesquisa de Materiais (AIMR), Tohoku University. O grafeno nanoporoso é construído por uma folha de grafeno de camada única que está continuamente interconectada para formar uma estrutura de rede 3D complexa. Este grafeno nanoporoso autônomo com excelente cristalinidade possui alta mobilidade, segurando uma grande promessa para as aplicações em dispositivos eletrônicos. p O grafeno nanoporoso foi cultivado por um método de deposição de vapor químico baseado em metal nanoporoso (CVD), conforme mostrado na Figura 1 (a). A morfologia geral do grafeno nanoporoso na Figura 1 (b) mostra uma folha de massa autônoma de ~ 20 µm de espessura. Embora o grafeno nanoporoso 3D tenha uma estrutura complexa, é demonstrado que tem 500 cm2 / Vs em mobilidade de elétrons e um sistema de cone de Dirac sem massa. Como o transistor convencional requer mobilidade de elétrons de 200 cm2 / Vs, espera-se que esse grafeno nanoporoso traga um novo dispositivo que poderá ser substituído por dispositivos de Si.

p Este trabalho é colaborado com as equipes de pesquisa do Prof. Katsumi Tanigaki e Prof. Takashi Takahashi da AIMR, Tohoku University. Os resultados desta pesquisa serão publicados na edição 19 de ' Angewandte Chemie International Edition 'como um Hot Paper em 2 de maio.

p O grafeno é um material de carbono de camada única com baixo custo, alta estabilidade química / térmica, e ultra-alta resistência e espera-se que seja uma substituição do silício e metais nobres para dispositivos eletrônicos, materiais da bateria, detectores de foto / íons e catalisadores. Embora alguns produtos de grafeno, como display e eletrodos, estejam disponíveis comercialmente, as aplicações são limitadas devido à estrutura da folha 2D. Em outras palavras, o desempenho por grama é excelente, mas o desempenho por volume não pode ser alcançado facilmente. Portanto, muitos esforços foram feitos para construir o material 2D como uma estrutura 3D com propriedades físicas / químicas retidas e alto desempenho volumétrico. Contudo, os materiais de carbono nanoporoso 3D relatados sofrem de baixa mobilidade devido à menor cristalinidade, que não pode ser usado para os dispositivos eletrônicos. Para obter materiais de carbono 3D de grau de semicondutor, a folha de grafeno monocamada com uma estrutura cristalina alta é necessária em uma estrutura 3D. Assim, desenvolvemos um grafeno nanoporoso 3D com alta mobilidade preservada e propriedades eletrônicas 2D exclusivas do grafeno.

p O grafeno nanoporoso na Figura 1 foi sintetizado pelo método CVD baseado em metal nanoporoso. O grafeno nanoporoso herda totalmente a estrutura geométrica do substrato de níquel nanoporoso após a dissolução do níquel. A estrutura atômica do grafeno nanoporoso foi observada por TEM como mostrado na Figura 2. O ligamento na Figura 2 (a) foram construídos por peças de superfície plana (Figura 2 (b)) e peças de curvatura (Figura 2 (c)) do folha de grafeno. É óbvio que os anéis de seis membros foram observados na parte plana enquanto os anéis de cinco e sete membros foram observados nas partes curvas devido à necessidade geométrica para criar as estruturas de curvatura.

p As propriedades físicas do grafeno nanoporoso foram investigadas. Como o grafeno 2D é um sistema de cone de Dirac (Figura 3 (a)) e apresenta uma dispersão linear de densidade eletrônica de estado (Figura 3 (b)). O grafeno nanoporoso 3D na Figura 2 também demonstra uma relação linear perto do nível de Fermi, que é semelhante ao grafeno 2D. A mobilidade de elétrons do grafeno nanoporoso com diferentes tamanhos de poros foi medida. Conforme a temperatura aumenta, a mobilidade do elétron diminui ligeiramente para 200-400 cm2 / Vs. Em comparação com o grafeno CVD 2D, a mobilidade do elétron ainda é alta o suficiente para aplicações em dispositivos.

p Para concluir, o grafeno nanoporoso preserva futuros de grafeno 2D. Estas descobertas são relatadas em primeiro lugar para revelar as propriedades físicas do grafeno nanoporoso 3D.

p Espera-se que o grafeno nanoporoso 3D traga avanços na resolução de um problema de desempenho volumétrico do grafeno 2D, fornecendo estruturas porosas abundantes para um fácil transporte de massa e grande área de superfície efetiva. Além disso, o grafeno nanoporoso preserva caracteres eletrônicos de grafeno 2D e deve ser empregado para aplicações em dispositivos eletrônicos, como transistores e condensadores.