Il grafene è famoso per le sue eccezionali proprietà. Questo ha portato a un'ampia ricerca su altri materiali 2D in grado di offrire caratteristiche simili o complementari.
Qual è il materiale alternativo al grafene? (5 opzioni chiave)
1. Nitruro di boro esagonale (hBN)
Il nitruro di boro esagonale (hBN) è un materiale 2D dalla struttura simile al grafene, ma con una composizione chimica diversa.
È costituito da atomi di boro e azoto disposti in un reticolo esagonale.
A differenza del grafene, l'hBN è un isolante elettrico ma un conduttore termico.
Questo lo rende ideale per le applicazioni che richiedono isolamento elettrico ma un'elevata gestione termica.
L'hBN viene spesso utilizzato come substrato per supportare il grafene nei dispositivi elettronici.
Questo migliora le caratteristiche di corrente-tensione dei FET al grafene.
L'integrazione dell'hBN con il grafene può portare a un miglioramento delle prestazioni dei dispositivi nella nanoelettronica e nell'optoelettronica.
2. Dicalcogenuri di metalli di transizione (TMDC)
I dicalcogenuri dei metalli di transizione (TMDC) sono una famiglia di materiali 2D.
Comprendono composti come il disolfuro di molibdeno (MoS2) e il diseleniuro di tungsteno (WSe2).
I TMDC hanno una struttura stratificata simile alla grafite, ma con metalli di transizione inseriti tra atomi di calcogeno.
Questi materiali possono avere proprietà semiconduttive.
Ciò li rende adatti all'uso in transistor, fotorivelatori e altri dispositivi elettronici.
Il bandgap dei TMDC può essere regolato.
Questo è un vantaggio significativo per le applicazioni che richiedono proprietà elettroniche specifiche.
La combinazione di TMDC e grafene in eterostrutture si è dimostrata promettente per la fabbricazione di componenti elettronici altamente reattivi e a banda larga.
3. Crescita diretta e ibridazione
La crescita diretta del grafene e di altri materiali 2D su substrati non metallici è un'area di ricerca.
L'obiettivo è superare le sfide associate ai processi di trasferimento.
Per facilitare la crescita diretta si stanno studiando tecniche come la catalisi assistita da metalli o la CVD potenziata al plasma.
L'ibridazione del grafene con altri materiali 2D, come l'hBN e i TMDC, è un altro approccio.
Questo può migliorare le proprietà dei singoli materiali.
L'ibridazione può essere ottenuta attraverso il trasferimento strato per strato o la crescita diretta.
La crescita diretta offre scalabilità e minore contaminazione.
4. Industrializzazione e prospettive future
L'industrializzazione del grafene e delle sue alternative sta progredendo.
La deposizione da vapore chimico (CVD) è un metodo chiave per produrre materiali 2D di alta qualità.
La capacità di impilare diversi materiali 2D come "Lego atomici" è una visione che potrebbe rivoluzionare la progettazione e la funzionalità dei dispositivi elettronici.
Sebbene persistano sfide nella fabbricazione e nell'integrazione, il potenziale di questi materiali in varie applicazioni, dall'elettronica all'accumulo di energia, è immenso.
5. Sintesi
Se il grafene rimane un materiale straordinario, le sue alternative, come l'hBN e i TMDC, offrono proprietà uniche.
Queste proprietà completano o potenziano le capacità del grafene.
Lo sviluppo di questi materiali e la loro integrazione in dispositivi funzionali è un'area di ricerca promettente.
Ciò ha implicazioni significative per le tecnologie future.
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