美研制出全新碳基半導(dǎo)體“一氧化石墨烯”

　　據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)4月16日報(bào)道，美國威斯康辛大學(xué)米爾沃基分校的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種全新的碳基材料——一氧化石墨烯(GMO)，其由碳家族的神奇材料石墨烯合成，該半導(dǎo)體新材料有助于碳取代硅，應(yīng)用于電子設(shè)備中。

　　石墨烯的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能極強(qiáng)，遠(yuǎn)超硅和其他傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料，而由硅制成的晶體管的大小正接近極限，科學(xué)家們認(rèn)為，納米尺度的碳材料可能是“救命稻草”，石墨烯未來有望取代硅成為電子元件材料。

　　但因其太昂貴而無法大規(guī)模生產(chǎn)，目前石墨烯的應(yīng)用非常有限，且迄今與石墨烯有關(guān)的材料僅以導(dǎo)體或絕緣體的形式而存在。

　　該研究團(tuán)隊(duì)的成員、力學(xué)工程教授陳俊鴻(音譯)表示：“石墨烯研究領(lǐng)域的主要驅(qū)動(dòng)力之一是使這種材料成為半導(dǎo)體，我們通過對石墨烯進(jìn)行化學(xué)改性得到了新材料GMO。GMO展示出的特性表明，它比石墨烯更容易大規(guī)模生產(chǎn)。”

　　該團(tuán)隊(duì)在研究陳俊鴻研制出的一種混合納米材料時(shí)，無心插柳得到了GMO。

　　起初，他們的研究對象是一種由碳納米管(將石墨烯卷成圓柱狀得到)組成的、表面飾有氧化錫納米粒子的混合納米材料，陳俊鴻用這種混合材料制造出了高性能、高效率而廉價(jià)的傳感器。

　　為了更好地了解這種混合材料的性能，科學(xué)家們需要想方設(shè)法讓石墨烯變身為其“堂兄弟”——能大規(guī)模廉價(jià)生產(chǎn)的絕緣體氧化石墨烯(GO)。GO由石墨烯不對齊地堆疊而組成。實(shí)驗(yàn)中，陳俊鴻和物理學(xué)教授馬瑞加·加達(dá)得茲斯卡在真空中將GO加熱以去掉氧。然而，GO層中的碳和氧原子沒有被破壞而是變得排列整齊，變成了有序的、自然界并不存在的半導(dǎo)體GMO。

　　研究人員埃里克·馬特森說：“我們認(rèn)為氧會(huì)離開，留下多層石墨烯，但結(jié)果卻并非如此，讓我們很吃驚。”

　　加達(dá)得茲斯卡表示，因?yàn)镚MO是單層形式，因此其或許可應(yīng)用于與表面催化有關(guān)的產(chǎn)品中。他們正在探索其在鋰離子電池陽極的用途，GMO有可能提升鋰離子陽極的效能。

　　該研究團(tuán)隊(duì)接下來需要了解什么觸發(fā)了這種材料的重組以及什么環(huán)境會(huì)破壞GMO的形成。威斯康辛大學(xué)米爾沃基分校表面研究實(shí)驗(yàn)室的主任邁克爾·梅韋納說：“還原反應(yīng)會(huì)去除氧，但實(shí)際上，我們獲得了更多氧，因此，我們需要了解的事情還有很多。”

　　梅韋納指出，目前他們僅在實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模制造出了GMO，并不確定在大規(guī)模制造過程中會(huì)遇到什么問題。