以一階段完全精密合成石墨烯奈米帶之新技術

 

刊登日期:2019/7/24
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日本名古屋大學成功地以一個階段達成了石墨烯奈米帶結構(Graphene Nanoribbon;GNR)的完全精密合成,研究團隊利用特別設計過的的單體(Monomer)以獨家聚合法將其連結,不僅是寬度或構造,連過去難以達到的長度控制也能予以調整。由於藉此可以改變性質,將可望製作出具有各種機能之石墨烯奈米帶,未來可活用於有機電晶體(Organic Transistor)、記憶體等廣泛用途。

石墨烯奈米帶可藉由長度、寬度、構造的不同,改變其電氣傳導性、磁性、熱傳導性等特性,活用的範疇廣泛而受到矚目,尤其是半導體的石墨烯奈米帶的電荷移動度被預估是矽(Si)的100倍,因此針對有機半導體方面的應用,石墨烯奈米帶的精密製作法備受期待。雖然目前已有利用石墨烯或奈米碳管(CNT)而來的方法或有機合成進行嘗試,但都難以進行長度的控制。

研究團隊將做為起始劑的菲(Phenanthrene)與決定石墨烯奈米帶構造之單體的Benzo Naphtho silole以獨家「Living APEX聚合」方法進行了合成,觸媒則是使用了氯化鈀(Palladium Chloride)、銀鹽、鄰四氯苯醌(o-Chloranil),在常壓、80 ℃的環境下進行反應,12小時之後長度達到了170 nm。與事先經過設計的單體連結的話,即可依據單體獲得任意寬度或構造的石墨烯奈米帶,且以單體的投入量決定長度。

雖然經過合成的石墨烯奈米帶被稱為峽灣型(Fjord),但可透過後處理,簡便地變換成其他構造。此次則是改變成扶手椅型態,將半導體性轉換成導電性,因此將可望應用於分子導線(Molecular Conductor)等用途。此外,反應結束之後,以其他單體使其再次進行反應,可以製作出團聯共聚物(Block Copolymer),將可藉此發現與既有的石墨烯奈米帶完全不同的性質。

由於這些石墨烯奈米帶可溶於溶媒,因此在產業製程上可以簡便地應用。今後名古屋大學也將與田岡化學工業展開共同研究以確立量產技術,以達到早期事業化之目標。


資料來源: 化學工業日報 / 材料世界網編譯
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