화학자들은 고성능 전자, 태양 전지, 광 검출기 및 양자 컴퓨터를 위한 차세대 수퍼 재료를 합성하기 위해 노력하고 있다. 그들은 화합물 재료로 발전을 이루었지만 저널 Science and Technology of Advanced Materials (("Chemical modification of group IV graphene analogs")에 게재된 리뷰에 따르면, 이러한 재료는 재료에 변화가 없거나 독립적인 재료를 개발하는데 아직 성공하지 못했다.
그래핀은 흑연에서 유래한 탄소 재료로 연필에서 발견되는 것과 동일한 종류의 재료이지만 1 원자 얇은 벌집 모양의 격자로 배열되어 있다. 2004 년에 발견된 그래핀의 2 차원 배치는 극한 강도와 "놀라운" 전자 전도성을 포함한 "특별한"특성을 제공한다.
그러나 단단한 격자는 전자 장치에 필수적인 반도체 밴드 갭이 부족하다. 따라서 과학자들은 밴드 갭 (bandgap)을 가지고 있지만 여전히 그래핀과 같은 구조를 가지고있는 대체 물질을 찾고 있다.
그래핀의 작은 부분인 그래핀 양자점 (약 10 ~ 100nm의 탄소 육각형과 30 원자 시트 미만의 두께)에 많은 관심이 집중되었다. 도트가 2D 그래핀과 같이 동작하도록 하기 위해 연구팀은 재료의 구조와 기능을 변경하기 위해 다른 분자를 추가했다.
예를 들어, 한 연구팀은 그래핀 양자점에 질소를 포함하는 분자 그룹을 연결했다. 그들은 다양한 분자 조합이 양자점의 전자 구조를 독특한 방식으로 변화시킨다는 것을 발견했다. 이것은 전기에 노출되었을 때 생성된 빛의 색을 이동 시켰으며, 이는 발광 다이오드 및 광 검출기에 유용하다. 여러 연구팀이 그래핀 양자점을 사용하여 광 검출기를 제작하고 테스트했다. 이 물질은 염료 감응 태양 전지의 성능을 향상시키는 것으로 나타났다.
또한 연구팀은 규소와 게르마늄이라고 불리는 그래핀의 실리콘과 게르마늄 유사체와 그 각각의 수소화된 형태인 실리센 (silicene)과 게르마닌 (germanane)을 조사하고 있다. 그들은 여러 가지 레이어 및 추가된 분자와 같은 다양한 준비 방법과 구조가 잠재적인 전자 또는 광자 장치의 성능에 어떤 영향을 미치는지 테스트하고 있다.
지금까지 분자가 첨가되지 않은 상태에서 실리센와 게르마닌은 준비되지 않았지만, 변형된 물질은 이론적으로 예측된 2D 물질과 매우 유사하다. 연구팀은 개선된 물질의 특성을 이해하는 것이 미래의 나노 물질 개발을 위한 "좋은 출발점"이라고 지적했다.
궁극적으로, 가까운 장래에 이러한 재료를 사용하여 전자 장치 및 에너지 저장 재료를 개발할 수 있다고 낙관하고 있다.
출처:NDSL
