Графен, обладающий исключительными электрическими и механическими свойствами, сталкивается с фундаментальной ограниченностью: у него отсутствует так называемая энергетическая щель, которая играет роль «затвора», регулирующего прохождение электрического тока. Из-за этого графен постоянно проводит электричество, что делает его непригодным для использования в транзисторах и других электронных устройствах, где необходимо включение и выключение проводимости.
Одним из способов решения этой проблемы является добавление атомов фтора, которые изменяют структуру графена и формируют энергетическую щель, сохраняя при этом его высокую подвижность носителей заряда. Однако традиционные методы фторирования требуют использования токсичных химикатов, что затрудняет масштабное внедрение этой технологии.
Команда исследователей под руководством доктора Япинг Ци разработала экологически безопасный метод селективного фторирования графена с использованием фторполимеров. Новый подход позволяет значительно улучшить свойства графена, включая усиленную фотолюминесценцию и регулируемые транспортные характеристики, сохраняя при этом его основные преимущества. «Эта технология делает графен более подходящим для применения в оптоэлектронных устройствах и энергетических технологиях, таких как светодиоды и сенсоры», — поясняет доктор Ци.
В ходе экспериментов ученые использовали передовые методы анализа, включая картирование фотолюминесценции и рамановскую спектроскопию, чтобы изучить изменения структуры и оптических свойств фторированного графена. Результаты показали, что новый материал обладает улучшенными световыми характеристиками, что открывает широкие перспективы для его использования в современных технологиях.
Особое значение эта разработка приобретает в контексте создания ван-дер-ваальсовых гетероструктур — многослойных конструкций из двухмерных материалов, которые объединяют различные функции. Такие структуры уже находят применение в устройствах хранения данных, искусственном интеллекте и фотоэлектрических системах. Как отметил соавтор исследования доктор Сичан Гао, фторированный графен в составе этих гетероструктур открывает новые горизонты, особенно для гибкой электроники и многофункциональных систем.
«Комбинация фторирования с управлением деформацией материала открывает перспективы для создания масштабируемых высокопроизводительных двухмерных материалов», — добавляет доктор Ци. Ученые подчеркивают, что их метод не только улучшает функциональные характеристики графена, но и способствует разработке безопасных и масштабируемых технологий обработки материалов.
Эта работа является важным шагом к более широкому использованию графена в практических приложениях, предлагая экологически чистый способ модификации его свойств и расширяя его потенциал в современных электронных и энергетических устройствах.
Ранее химики нашли способ удвоить активность фотокатализаторов на основе оксида графена.