In Kunststoff gehüllte Silizium-Nanoblätter als Alternative zu Graphen

Extrudierte Spirale aus polymerumhüllten Silizium-Nanoblättchen unter UV-Licht. Bild: Tobias Helbich / TUM

Silizium-Nanoblätter sind dünne, zweidimensionale Schichten mit herausragenden optoelektronischen Eigenschaften, ähnlich denen des Graphens. Alleine sind sie jedoch instabil. Nun stellt ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) erstmals ein Verbundmaterial aus den Silizium-Nanoblättern und einem Kunststoff vor, das UV-beständig und leicht zu verarbeiten ist. Einer industriellen Anwendung, etwa als Material für flexible Displays oder Photosensoren, kommt das interdisziplinäre Team damit ein bedeutendes Stück näher.

Ähnlich wie Kohlenstoff bildet auch Silizium zweidimensionale Netzwerke, die nur eine Atomlage dick sind. Wie das Graphen, für dessen Entdeckung Andre Geim und Konstantin Novoselov 2010 den Nobelpreis erhielten, verfügen sie über herausragende optoelektronische Eigenschaften. Einsetzbar wären Silizium-Nanoblätter daher in der Nanoelektronik, beispielsweise für biegbare Displays, als Material für Feldeffekttransistoren oder für Photodetektoren. Auf Grund seiner Fähigkeit Li-Ionen zu speichern, ist es auch als Anodenmaterial für Lithiumionen Akkus im Gespräch.

„Silizium-Nanoblätter sind besonders interessant, weil unsere gesamte Informationstechnologie heute auf Silizium basiert und man anders als beim Graphen nicht auf einen anderen Grundstoff wechseln müsste“, erklärt Tobias Helbich vom WACKER-Lehrstuhl für Makromolekulare Chemie der TU München. „Jedoch sind die Nanoblätter alleine sehr anfällig und werden von UV-Licht schnell zersetzt, was seine Anwendung bisher stark einschränkte.“

Literatur

[1] Helbich, T., Lyuleeva, A., Ludwig, T., Scherf, L. M., Fässler, T. F., Lugli, P., & Rieger, B.; One‐Step Synthesis of Photoluminescent Covalent Polymeric Nanocomposites from 2D Silicon Nanosheets, Advanced Functional Materials, 26(37), 6711-6718 – DOI: 10.1002/adfm.201602137, http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201602137/abstract

[2] Lyuleeva, A., Helbich, T., Rieger, B., Lugli, P., Polymer-Silicon Nanosheet Composites: Bridging the Way to Optoelectronic Applications, Journal of Physics D: Applied Physics, 2017, Vol 50, 135106 – DOI: 10.1088/1361-6463/aa5005, http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6463/aa5005/pdf