11 mrt. 2021
2 minuten
De afschilfering van grafiet in grafeenlagen inspireerde tot het onderzoek van duizenden gelaagde materialen, waaronder overgangsmetaaldichalcogeniden (TMD’s). Deze halfgeleiders kunnen dienen om geleidende inkten te maken voor geprinte (opto-)elektronische apparaten. Gebreken in hun structuur kunnen hun prestaties echter belemmeren. Nu hebben onderzoekers van Graphene Flagship deze hindernissen overwonnen door ‘moleculaire bruggen’ te introduceren – kleine moleculen die de TMD-vlokken met elkaar verbinden, waardoor de geleidbaarheid en de algehele prestaties worden verbeterd.
De resultaten, gepubliceerd in Nature Nanotechnology, zijn afkomstig van een multidisciplinaire samenwerking tussen Graphene Flagship-partners, de Universiteit van Straatsburg en CNRS (Frankrijk), Amber en Trinity College Dublin (Ierland) en Cambridge Graphene Centre, University of Cambridge (VK). De toegepaste moleculaire bruggen vertienvoudigen de mobiliteit van de drager – een fysische parameter die verband houdt met de elektrische geleidbaarheid.
TMD-inkten worden meestal vervaardigd met behulp van exfoliatie in de vloeistoffase, een techniek die de massaproductie van grafeen en gelaagde materialen mogelijk maakt. Maar hoewel deze technologie grote productvolumes oplevert, heeft ze enkele beperkingen. Het afschilferingproces kan defecten veroorzaken die de prestaties van het gelaagde materiaal beïnvloeden, vooral als het gaat om het geleiden van elektriciteit.
Geïnspireerd door organische elektronica vond het onderzoeksteam een oplossing: moleculaire bruggen. Met deze chemische structuren wisten ze twee vliegen in één klap te slaan. Ten eerste hebben ze TMD-vlokken met elkaar verbonden, waardoor een netwerk ontstaat dat het ladingstransport en de geleidbaarheid faciliteert. De moleculaire bruggen functioneren echter ook als muren, die de chemische defecten aan de randen van de vlokken repareren en elimineren elektrische leegten die anders energieverlies zouden bevorderen.
Bovendien bieden moleculaire bruggen onderzoekers een nieuw hulpmiddel om de geleidbaarheid van TMD-inkten naar wens aan te passen. Als de brug een geconjugeerd molecuul is – een structuur met dubbele bindingen of aromatische ringen – is de mobiliteit van de drager hoger dan bij gebruik van verzadigde moleculen, zoals koolwaterstoffen. "De structuur van de moleculaire brug speelt een sleutelrol", zegt onderzoeksleider Paolo Samorì van de universiteit van Straatsburg. "We gebruiken di-thiolen, die je gemakkelijk kunt kopen in de catalogus van elke chemische leverancier. Hun structurele diversiteit opent een wereld van mogelijkheden om de geleidbaarheid te reguleren en aan te passen aan elke specifieke toepassing. Moleculaire bruggen zullen ons helpen veel nieuwe functies te integreren in op TMD gebaseerde apparaten. Deze inkten kunnen op elk oppervlak worden gedrukt, zoals plastic, stof of papier, waardoor een hele reeks nieuwe schakelingen en sensoren voor flexibele elektronica en wearables mogelijk is."
Anderen lazen ook
