p Nanofitas de grafeno (GNRs) são tiras estreitas e longas de grafeno com larguras abaixo de 100 nm. GNRs que têm bordas suaves, um intervalo de banda considerável e mobilidade de portadora de alta carga podem ser altamente valiosos para uma ampla gama de aplicações eletrônicas e optoeletrônicas. Até aqui, Contudo, os engenheiros ainda não introduziram um método para preparar esses componentes úteis em grande escala. p Pesquisadores da Shanghai Jiao Tong University, Universidade de Stanford, e outros institutos nos EUA e na China, recentemente desenvolveram uma nova estratégia para criar GNRs com bordas suaves abaixo de 10 nm de largura. Este método, introduzido em um artigo publicado em Nature Electronics , é baseado no uso de nanotubos de carbono esmagados (CNTs), tubos feitos de carbono que normalmente têm diâmetros na escala nanométrica.

p "A ideia por trás do nosso trabalho é que se os nanotubos de carbono (CNTs) podem ser espremidos em GNRs, seríamos capazes de produzir GNRs estreitos (largura abaixo de 5 nm) a partir de CNTs com diâmetros pequenos, "Prof. Changxin Chen e Wendy L. Mao, dois dos pesquisadores que realizaram o estudo, contado Phys.org . "Além disso, os GNRs preparados usando este método serão muito mais estreitos do que aqueles obtidos por métodos anteriores. "

p O estudo recente do Prof. Chen, Mao, O Prof. Hongjie Dai e seus colegas foram um esforço conjunto entre seus respectivos grupos de pesquisa na Shanghai Jiao Tong University e na Stanford University, com contribuições adicionais de outras instituições. Uma equipe liderada pelo Prof. Chen e Dai desenvolveu principalmente o método e os processos de tratamento térmico / de alta pressão para esmagar os CNTs em GNRs, bem como na coleta de caracterizações dos GNRs preparados, cálculos e medições de desempenho do dispositivo. O grupo de pesquisa do Prof. Wendy Mao conduziu os experimentos de célula de bigorna de diamante de alta pressão (DAC), através dos quais os CNTs foram esmagados.

p Outro objetivo desta recente colaboração foi alcançar bordas atomicamente suaves em todos os GNRs, formando GNRs de borda fechada que exibiam alta mobilidade de material e dispositivo. Para produzir seus GNRs longos e de largura abaixo de 10 nm com bordas fechadas atomicamente lisas, os pesquisadores esmagaram os CNTs usando o método de tratamento térmico e de alta pressão desenvolvido por Chen e sua equipe.

p "Usamos um DAC para o tratamento de alta pressão de CNTs, "Chen e Mao explicaram." As amostras de CNT foram seladas em uma câmara de amostra no DAC e então comprimidas entre as pontas de duas bigornas de diamante. Para estabilizar a estrutura da amostra comprimida, realizamos um tratamento térmico na amostra enquanto ela estava em alta pressão. "

p Os GNRs criados por Chen, Mao, Dai e seus colegas têm atomicamente suave, bordas fechadas e poucos defeitos. Usando o método que eles criaram, a equipe foi capaz até de produzir GNRs abaixo de 5 nm com uma largura mínima de 1,4 nm. Notavelmente, eles descobriram que um transistor de efeito de campo (FET) baseado em um GNR de borda fechada de 2,8 nm exibiu um alto eu _sobre / eu _desligado proporção de> 10 ⁴ , mobilidade de efeito de campo de 2, 443 cm ² V ^-1 s ^-1 e condutividade do canal no estado de 7,42 mS.

p "Nossa pesquisa prova que nanofitas semicondutoras de grafeno de largura abaixo de 10 nm com bordas fechadas atomicamente lisas podem ser produzidas esmagando nanotubos de carbono usando um tratamento combinado de alta pressão e térmico, "Chen e Mao disseram." Com esta abordagem, nanofitas tão estreitas quanto 1,4 nm podem ser criadas. As nanofitas de borda aberta também foram fabricadas usando ácido nítrico como oxidante para gravar seletivamente as bordas dos nanotubos esmagados sob alta pressão. "

p O estudo pode ter implicações importantes para o desenvolvimento de novos dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos. No futuro, o método desenvolvido por Chen, Mao, Dai e seus colegas podem ser usados ​​para produzir alta qualidade, estreito, e GNRs semicondutores longos.

p Além disso, sua estratégia de fabricação permite que os engenheiros controlem os tipos de borda de um GNR. Isso poderia ajudar a explorar mais as propriedades fundamentais e aplicações práticas dos GNRs em eletrônica e optoeletrônica. Em última análise, o método desenvolvido por Chen, Mao, Dai e seus colegas também poderiam ser adaptados para sintetizar outras nanofitas baseadas em materiais desejáveis ​​usando nanotubos esmagados ou para achatar outros materiais de fulereno.

p "Agora que demonstramos o potencial de nossa abordagem, estamos investigando maneiras de tornar as condições de síntese mais práticas e maneiras de aumentar a escala de síntese de GNRs (por exemplo, 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." p © 2021 Science X Network