石墨烯和有机物复合材料在电子工业中的新视角

2015-04-28  来源:复材在线  作者:复材在线  浏览次数:1789 收藏  |  分享

以碳为基的石墨烯在“后硅时代”更易与有机材料复合,进行无缝融合,这将使其在柔性电子学、传感和生物医学方面有更广阔的的应用前景。  有机分子附着于石墨烯上,通过超分子作用与二维材料弱连接。  来自欧洲石墨烯旗舰的化学家们评...

以碳为基的石墨烯在“后硅时代”更易与有机材料复合,进行无缝融合,这将使其在柔性电子学、传感和生物医学方面有更广阔的的应用前景。

  有机分子附着于石墨烯上,通过超分子作用与二维材料弱连接。

  来自欧洲石墨烯旗舰的化学家们评估了石墨烯—有机复合材料在电子工业中的潜力。研究人员展示了有机半导体怎样用来更好的加工石墨烯,并且为了特殊的应用需要调整它的性质。

  作为最有名的二维材料,石墨烯的性质使它在力学、光学、电子学方面具有全方位的魅力。实现石墨烯的工业化生产是一个挑战,然而为适应特殊功能而调整它的性质也是困难的。怀着同时解决这两个问题的希望,研究人员将兴趣转向了石墨烯与特制有机半导体的相互作用。

化学家对有机分子在纳米技术中的应用一直很感兴趣,更小的有机分子能够使装配碳纳米材料的分子进入高度有序的体系结构,比如纳米纤维、晶体和单分子层。另一方面,聚合物中的碳原子骨架能够导致更多无序的大范围装配,但是聚合物瘦长灵活的构型有利于提高溶解度并使电荷有效运输。

石墨烯可扩展的加工和功能化是一篇专题文章的主题,这篇文章由三个石墨烯旗舰的科学家在英国皇家化学协会的期刊Journal of Materials Chemistry C上所写。石墨烯旗舰是一个学术和工业合作的国际财团,它由欧洲委员会提供部分基金,聚焦于石墨烯和相关二维材料的发展。

Andrea Schlierf, Paolo Samorì 和Vincenzo Palermo调查了许多工业聚合物产品,检查它们的机械和电学性质在附加石墨烯后能否有所改善。作者也考虑将石墨烯作为一种酶作用物应用于生物医学,并且使用有机半导体可以打开石墨烯中的电子带隙。而这种高导电性材料带隙的缺失是妨碍它应用于电子工业的主要问题。

将小的有机分子沉积在一个平坦的碳表面例如石墨稀,可以通过一种外部无取向的化学工艺来调整表面,这种工艺被称为自组装。有许多类分子可以用来实现这个目的,从小的烷烃到更大的芳香烃。在任何情况下自组装都是由分子间和分子与衬底间的复杂相互作用所驱动。

实验结果表明有机半导体在石墨烯上成核、定向和包装是相当不同于生长在那些常规衬底上比如硅或石墨。往有机分子骨架上增加化学侧链也能显露功能,使吸附分子和石墨烯之间的相互作用增效或者减弱,这也将导致更加复杂的自组装路径。

在真空中用有机分子来包装石墨烯是一回事,但一谈到功能化和成本,可溶的石墨烯—有机混合系统有着比用化学气相沉积或外延生长得到的石墨烯更明显的优点。石墨烯—有机悬浮液能够用大面积的沉积技术比如喷墨印刷来处理,同时在有机溶剂中用液相剥离来生产石墨烯。这是石墨烯制造的现实主义途径,这个过程是便宜的、有效的和高度可扩展的。

另一个最近由三位审稿作者贡献的学术出版物为这种以液体为基的石墨烯剥离法提供了一个例子。在一篇物理学会期刊发表的论文中,Schlierf和她的同事描述了用靛蒽醌蓝色磺酸钠盐——一种简称为IBS的普通工业染料在石墨烯纳米片晶中进行剥离、加工和包含的方法。

 

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