Подобно углероду, кремний образует двумерные сети толщиной всего в один атомный слой. Подобно графену, за открытие которого Андре Гейм и Константин Новоселов получили Нобелевскую премию в 2010 году, эти слои обладают исключительными оптоэлектрическими свойствами. Таким образом, кремниевые нанолисты могут найти применение в наноэлектронике, например, в гибких дисплеях, полевых транзисторах и фотодетекторах. Благодаря своей способности накапливать ионы лития, он также рассматривается как анодный материал в перезаряжаемых литиевых батареях.
«Кремниевые нанолисты особенно интересны, потому что сегодняшние информационные технологии основаны на кремнии и, в отличие от графена, нет необходимости в замене основного материала», — объясняет Тобиас Хельбих из кафедры макромолекулярной химии WACKER в ТУМ. «Однако сами нанолисты очень хрупкие и быстро разрушаются под воздействием ультрафиолета, что до сих пор существенно ограничивало их применение."
Полимер и нанолисты — лучшее из обоих миров в одном
Теперь Хельбих в сотрудничестве с профессором Бернхардом Ригером, заведующим кафедрой химии макромолекул, впервые успешно встроил кремниевые нанолисты в полимер, защищая их от распада. В то же время нанолисты защищены от окисления.
Это первый нанокомпозит на основе кремниевых нанолистов.
«Что делает наш нанокомпозит особенным, так это то, что он сочетает в себе положительные свойства обоих своих компонентов», — объясняет Тобиас Хельбих. «Полимерная матрица поглощает свет в УФ-области, стабилизирует нанолисты и придает материалу свойства полимера, в то же время сохраняя замечательные оптоэлектронные свойства нанолистов."
Долгосрочная цель наноэлектроники — стремительно к промышленному применению
Его гибкость и устойчивость к внешним воздействиям также делают новый разработанный материал пригодным для использования в стандартной полимерной технологии для промышленной обработки. Это делает реальные приложения на расстоянии вытянутой руки.
Композиты особенно хорошо подходят для применения в развивающейся области наноэлектроники.
Здесь «классические» электронные компоненты, такие как схемы и транзисторы, реализованы в масштабе менее 100 нанометров. Это позволяет реализовать совершенно новые технологии — например, для более быстрых компьютерных процессоров.
Наноэлектронный фотоприемник
Первое успешное применение нанокомпозита, созданного Helbich, было только недавно представлено в контексте программы для выпускников ATUMS (Международная высшая школа функциональных гибридных материалов Альберты / TUM): Алина Люлеева и проф. Паоло Лугли из Института наноэлектроники Мюнхенского технического университета в сотрудничестве с Хельбихом и Ригером удалось создать фотодетектор на основе этих кремниевых нанолистов.
С этой целью они установили нанолисты кремния, залитые полимером, на поверхность диоксида кремния, покрытую золотыми контактами.
Из-за своих лилипутских размеров этот вид наноэлектронного детектора экономит много места и энергии.