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光学博览
研究人员发现的“神奇材料”或让智能设备免于破碎

目前,智能手机的大部分是由硅和其他化合物组成的,这种结构是昂贵的且很容易就被破坏,但去年全球所销售的智能手机总量达近15亿,制造商们正在寻找更耐用和更便宜的智能手机制造材料。

来自女王大学数学与物理学院的Elton Santos博士,与来自斯坦福大学,加利福尼亚大学,加利福尼亚州立大学和日本国家材料科学研究所的一些顶尖科学家组成了一个研究小组,致力于创建新的动力装置,能够以前所未有的速度实现电、光处理,且拥有经久耐用、易于大规模半导体设备制造的特性。

研究小组发现,结合半导体分子C60与层状材料,如石墨烯和六方氮化硼等,它们能产生一种独特的材料技术,可以给现有的智能设备带来革命性的全新概念。

这种复合材料的明显优势在于结合的六方氮化硼能偶提供稳定性,C60可以将阳光转化为电能,而石墨烯具有电子兼容性和电荷隔离特性。任何智能设备都会从这种混合材料组合中受益,而这种特性在自然中是不存在的。这个过程中,我们称为范德瓦尔斯固体,允许化合物聚集在一起,并以预先定义的方式组装。

Elton Santos博士解释说:“我们的研究结果表明,这种新的'奇迹材料'具有相似的物理性能,但它提高了硅的化学稳定性,亮度和灵活性,这种特性可被用于智能设备,而这种材料不会轻易就被破坏。

“使用这种材料也可能意味着只能设备将比之前需求更少的能源,这都要归功于新型设备的架构,还会因此提高电池寿命并减少漏电情况。”

他说:“把来自世界各地科学家的的专业的化学、物理和材料科学的知识汇集在一起,我们综合加以利用实现这种创新性工作,并使用模拟来预测所有的物质功能结合起来的特性,最终用以帮助解决日常问题。”

“这一前沿研究涉及到当下热门话题,且是相关领域的关键要素,这开辟了一个明确的国际合作途径,按照女王大学的这种研究途径实现进一步的研究。”

该项目最初由模拟侧开始,Santos博士曾预测,这种装配六方氮化硼、石墨烯和C60的材料可能让固体具有显着的新的物理和化学性质。然后,他和他的合作者加利福尼亚大学的Alex Zettl教授,加利福尼亚大学长滩校区的Claudia Ojeda Aristizabal博士进行讨论。整个项目的理论和实验之间有很强的协同作用。

Santos博士说:“这是因为实验的结论非常匹配我们的预测,这对于让精度达到一个理论家所预测的那一种“梦想工程”来说是非常不容易的。该模型提出了几个假设,都已被证明是完全正确的。”

这项研究成果已发表在世界上最著名的美国化学学会的杂志《ACS Nano》上,为进一步探索新材料打开了大门。目前存在一个仍然需要该研究团队在研究中解决的问题,石墨烯和新材料架构缺乏“带隙”,这是所有电子设备在功能执行中实现开关功能的关键。

然而,Santos博士的团队已经在寻找一个潜在的解决方案,即过渡金属硫化物(TMDS)。由于其非常稳定的化学特性,这种材料已成为一个热门话题,可用于大量生产带隙结构的材料来源和带隙,从而与硅材料相竞争。

他解释说:“通过这些研究,我们现在已经制作了一个模板,但是在未来我们希望利用过渡金属硫化物实现一个额外的功能。这些都是半导体材料,绕过了与带隙的相关问题,所以我们现在实现了一个真正的新型晶体管。


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