导读
「硅纳米片」，是一种很薄、二维层状、具有特殊光电特性的材料。它与石墨烯极其相似，虽然稳定性比石墨烯差一些。最近，德国慕尼黑理工大学的科研人员首次制造了一种复合材料，它结合了硅纳米片以及一种耐紫外线且易于制造的聚合物。这项创新发明，标志着科学家在「柔性显示器」和「光电传感器」的工业应用方向上，又迈出了卓有成效的一步。
螺旋挤压状的涂有聚合物的硅纳米片在紫外线下。
（图片来源: Tobias Helbich / 慕尼黑理工大学）
硅纳米片潜力巨大
硅和碳类似，它也可以形成只有一个原子厚度的二维网络结构。2010年，安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫就是因为发现了石墨烯，获得了诺贝尔奖。
一般来说，分层结构的材料具有独特的光电属性。所以，硅纳米片在纳米电子领域具有应用潜力，例如「柔性显示器」、「场效应晶体管」、「光电探测器」。另外，因为它能够存储锂离子，所以也可作为「可充电的锂电池的阳极材料」。
慕尼黑工业大学高分子化学系的 Tobias Helbich 认为：
“硅纳米片特别有意思，因为如今的信息技术建立在硅的基础上，和石墨烯不一样，基础材料无需进行替换。
硅纳米片的劣势
对于硅纳米片的劣势，Tobias Helbich 又补充说：
“然而，纳米片本身十分易碎，并且暴露于紫外线中，会十分快速地衰变。这些显著地限制了它目前的应用。”
聚合物和纳米片的完美结合
为了解决以上的问题，Helbich 和高分子化学系的主席 Bernhard Rieger 教授合作，首次成功地在「硅纳米片中嵌入聚合物」，防止它们发生衰变。同时，纳米片也可抗氧化。这是基于硅纳米片的首个纳米复合材料。
涂有纳米复合材料的硅晶片
（图片来源: Uli Benz / 慕尼黑理工大学）
Tobias Helbich 解释道：
“让我们的纳米复合材料变得特殊的是，它可以结合两种成分的优秀属性。聚合物基体可吸收紫外线，稳定纳米片，使其具有聚合物属性，同时保持纳米片优异的光电属性。”
纳米电子学工业应用的突破性进展
它的柔性以及对于外部影响的耐久性，也使得新开发的材料符合工业级聚合物技术标准。所以，使其离实际应用只有一步之遥。
这种复合材料特别适合未来纳米电子领域的应用。“经典的”电子器件例如电路和晶体管，会以少于100纳米的规模制造，这样使得例如计算机处理器方面的全新技术得以实现。
这项研究是 ATUMS 研究生项目（阿尔伯塔大学 / 慕尼黑理工大学国际研究生院关于功能性复合材料方面）的一部分。德国和加拿大的科学在化学、电气工程和物理领域紧密合作。他们的目标不仅是创建基于纳米粒子和聚合物材料的新功能，而且同时开发了首个应用。
Alina Lyuleeva 在原子力显微镜下分析纳米片
（图片来源: Uli Benz / 慕尼黑理工大学）
光电探测器成为首个成功应用
这种纳米复合材料的的首个成功的应用，由Helbich开发。最近以 ATUMS 研究生项目（阿尔伯塔大学 / 慕尼黑理工大学国际研究生院的功能性复合材料）的相关论文的形式发表。慕尼黑理工大学的 Alina Lyuleeva 、Paolo Lugli 教授，与Helbich、Rieger 合作，成功构建了一种「基于硅纳米片的光电探测器」。
为此，他们将这种嵌入聚合物的硅纳米片，安装到涂有金触点的硅氧化物的表面。因为它的尺寸微小，所以这种纳米电子学的探测器，节省了不少空间和能量。
参考资料
【1】https://www.tum.de/en/about-tum/news/press-releases/detail/article/33796
【2】Alina Lyuleeva, Tobias Helbich, Bernhard Rieger, Paolo Lugli. Polymer-silicon nanosheet composites: bridging the way to optoelectronic applications. Journal of Physics D: Applied Physics, 2017; 50 (13): 135106 DOI: 10.1088/1361-6463/aa5005
【2】Tobias Helbich, Alina Lyuleeva, Theresa Ludwig, Lavinia M. Scherf, Thomas F. Fässler, Paolo Lugli, Bernhard Rieger. One-Step Synthesis of Photoluminescent Covalent Polymeric Nanocomposites from 2D Silicon Nanosheets. Advanced Functional Materials, 2016; 26 (37): 6711 DOI: 10.1002/adfm.201602137
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