나노기술 및 정책 정보

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갈륨 비소와 같은 재료는 전자 장치 생산에 매우 중요함. 공급이 제한적이거나 건강 및 환경 위험을 초래할 수 있기 때문에 전문가들은 대체 재료를 찾고 있음.

소위 공액 폴리머(고분자)가 후보인데, 이러한 유기 거대 분자는 반도체 특성을 가지고 있어 특정 조건에서 전기를 전도할 수 있음. 2007년부터 연구되어 온 분야인 표면 화학에 의해 원하는 2차원, 즉 극히 평평한 형태로 생산할 수 있는 한 가지 방법이 있음. 그 이후로 많은 반응이 개발되었고 가능한 적용을 위해 흥미로운 재료가 생산되었으며, 대부분의 반응은 탄소-탄소 결합의 형성을 기반으로 함.

독일 뮌스터 베스트팔렌 빌헬름 대학의 연구진은 최근 실리콘-실리콘 결합 형성을 사용하여 표면 화학 분야의 초연인 폴리머를 구성함.

이전에는 실리콘 원자를 연결하는 것이 어려웠음. 전통적인 합성 화학을 사용하여, 즉 용액에서 이러한 방식으로 폴리머를 구성하는 것은 복잡함.

연구진은 실리콘 폴리머 생산에 최초로 성공하였는데, 원자의 연결은 분자가 증기 증착되는 매우 매끄러운 금속 표면에서 발생하고, 이것은 매우 얇은 재료 층을 생성함. 일반적인 탄소가 실리콘으로 대체되면 온화한 반응 조건에서도 긴 폴리머를 얻을 수 있음.

연구진은 소위 유기 링커를 통해 연결된 실릴 그룹으로 구성된 분자를 생산하고, 금속 표면(금 또는 구리)에 대한 반응성을 조사함. 그들은 실릴 그룹 내에서 실리콘-수소 결합의 반응이 이미 실온에서 발생하는 반면 탄소-탄소 결합의 유사한 결합은 일반적으로 섭씨 300도 이상의 온도를 필요로 한다는 것을 입증함.

다음 단계에서 연구진은 형성된 링크의 정확한 구조를 명확히 함. 고차원 구조를 만들기 위해 각 실리콘 원자에서 두 개의 수소 원자가 제거됨. 보다 상세한 분석은 실리콘 원자와 금속 표면의 결합을 추가로 보여주었음.

일반적인 주사 터널링 현미경 (STM)을 사용하여 최종 폴리머의 구조를 완전히 규명 할 수 없었기 때문에 연구진은 컴퓨터 화학 방법을 사용하고 다양한 잠재적 제품의 STM 이미지를 시뮬레이션했음.

제품의 특성을 분석하는 데 추가 지원을 제공하기 위해 연구진은 원자력 현미경을 기반으로 이러한 문제를 위해 특별히 고안된 방법을 사용함. 이 방법을 사용하면 전체 제품을 묘사할 수 있을 뿐만 아니라 해상도가 크게 증가하여 수소 원자의 위치를 ​​파악할 수도 있음. 연구진은 또한 기계 모델을 개발하고 발견된 제품을 형성하는 데 필요한 반응 단계를 시뮬레이션 하는 데 성공함.

폴리머의 특성은 전기 전도도와 관련하여 향후 연구에서 조사될 수 있고, 유기 반도체로 재료를 적용하기 위한 특성을 적용하기 위해 분자 디자인을 변경할 수 있으며, 이 방법은 표면과 나노입자의 기능화에 대한 분자 변화를 위한 완전히 새로운 전략을 개발하는 데 사용될 수 있다고 연구진은 설명함.

향후 연구진은 새로운 실리콘 함유 작용기의 표면 화학을 더 자세히 조사할 계획이며 추가 작용기를 도입하는 것을 목표로하고 있음.

본 연구 성과는 Nature Chemistry ("Polymerization of silanes through dehydrogenative Si–Si bond formation on metal surfaces")에 게재됨.