石墨烯研究的突破

石墨烯是一种很有前途的纳米电子学材料。然而，它的电子性质很大程度上取决于碳层边缘的形成方式。在这方面，之字形图案特别有趣，但到目前为止，几乎不可能用这样的图案创建边。

图片说明：这种备受追捧的之字形图案可以在交错排列的蜂巢（蓝色和紫色）中找到，也可以在围绕着四个石墨烯蜂巢（红色和绿色）中心点的四颗边缘恒星中找到。（图片：FAU/Konstantin Amsharov）

FAU的化学家和物理学家现在已经成功地制造出了具有锯齿形边缘的稳定纳米石墨烯。不仅如此，他们使用的方法甚至相对简单。他们的研究是在德国研究基金会（DFG）资助的953个合成碳同素异形体协作研究中心的框架内进行的，现已发表在《自然通讯》杂志上。

图像说明：纳米石墨烯边缘形成不同的图案。之字形是特别有趣的，而且特别不稳定。粮农组织的研究人员现在已经成功地制造出边缘有这种图案的稳定碳层。（图片：FAU/Konstantin Amsharov）

海湾，峡湾，海湾，扶手椅和之字形当化学家使用这些术语时，很明显他们是指纳米石墨烯。更具体地说，纳米石墨烯边缘的形状，即石墨烯的小碎片。石墨烯由单层碳结构组成，每一个碳原子都被另外三个碳原子包围。这就形成了一个类似蜂窝的图案，每个角落都有原子。纳米石墨烯是微电子领域的一个很有前途的候选者，它取代了当今使用的硅，使微电子技术降到纳米级。

材料的电子性质很大程度上取决于其形状、尺寸，尤其是边缘，换句话说，边缘的结构。这种情况下，作为电荷载流子的电子比其他边缘结构中的电子更具移动性。这意味着在纳米电子元件中使用锯齿形石墨烯可以提高开关的频率。

目前，那些只想研究之字形纳米石墨烯的材料科学家们所面临的问题是，这种形式使得化合物相当不稳定，无法以可控的方式生产。然而，如果要详细研究电子性质，这是一个先决条件。

由有机化学II主席康斯坦丁·阿姆沙罗夫博士领导的研究小组现在已经成功地做到了这一点。他们不仅发现了一种合成之字形纳米石墨烯的简单方法，而且其方法的收率接近100%，适用于大规模生产。他们已经在实验室生产了一种技术上相关的数量。

首先，联合国粮农组织的研究人员制造出初步的分子，然后在几个周期内将它们组装在一起形成蜂巢，这个过程被称为循环。最后，石墨烯碎片是由交错排列的蜂巢或围绕着四个石墨烯蜂巢中心点的四个边缘恒星产生的，它们的边缘具有寻求的之字形图案。为什么这种方法能够产生稳定的锯齿形纳米石墨烯？原因在于，即使在合成过程中，产物也会直接结晶。在固态时，分子不与氧接触。然而，在溶液中，氧化会导致结构迅速分解。

这种方法允许科学家生产大量的石墨烯，同时保持对石墨烯形状和外围的控制。石墨烯研究的这一突破意味着科学家很快就能生产和研究各种有趣的纳米石墨烯结构，这是最终能够将这种材料用于纳米电子元件的关键一步。