中國粉體網訊  密西根科技大學的物理教授Yoke Khin Yap帶領他的團隊一直致力于石墨烯-氮化硼納米管數字交換機的研究。

　　石墨烯由于其獨特的性能和優(yōu)勢，常被稱為神奇的材料。氮化硼納米管也是一個非常有益的物質，可以應用于生物和物理領域。

　　但是這兩種材料無法單獨應用于電子領域。石墨烯屬于導體，可以使電子無限制地快速流動。氮化硼納米管則是高度絕緣的材料，無法流通電子。當這兩種材料結合起來，就可以作為一種數字開關使用。這種開關是控制手機、電腦、電子醫(yī)療設備和其他電子產品的關鍵。

　　Yap說：“問題如何將這兩種材料融合在一起�！逼鋵嵔鉀Q方案在于，考慮這兩種物質的化學結構，從而最大化地利用其不匹配的特點。

    如圖所示為物理學教授Yoke KhinYap開發(fā)的混合型石墨烯(灰色)-氮化硼納米管(粉紅色和紫色)，這是制備數字開關的關鍵。

　　納米級微調

　　基本上，石墨烯的厚度為單層碳原子，而氮化硼納米管類似于吸管結構。Yap帶領的研究團隊將石墨烯剝離后，將材料表面修飾成小孔，使納米管通過這些小孔進行生長，最終形成一種類似于不規(guī)則樹皮片的網狀材料。

　　Yap說：“當我們將這兩種物質結合在一起后，能制備出性能更好的物質。關鍵是這些材料有不平衡的帶隙（也就是使得電子發(fā)生躍遷的能變）。當這兩種物質結合后，形成的帶隙制造出所謂的“勢壘”，阻止電子的流動。”

　　材料結構引起帶隙的變化。石墨烯片就可以導電，而碳納米管結構阻止電子的流動。

　　由于氮化硼納米管附近不斷的電子流通，這種差異最終發(fā)展成為一種電子運動障礙，在兩種材料之間的接觸點處形成異質結。這種異質結就是形成數字開/關的關鍵。

　　Yap說：“想象一下，電子就像汽車一樣行駛在光滑的軌道上，不停地轉呀轉，當遇到樓梯時，被迫停止前進�！�

　　研究小組已經證實，開關的切換率與材料導電/不導電的轉換性能高度相關。簡單來說，我們研制出的材料，其開關速度比目前石墨烯開關高幾個數量級，這就可以使得電子產品的計算速度增加。

　　解決半導體困境

　　Yap團隊的研究結果為未來創(chuàng)建更快和更小型的電腦提供了前提。他們的研究是基于早期不含半導體的晶體管。

　　由于會散發(fā)出大量的熱，硅質半導體只能制備成很小的尺寸，混合型石墨烯-氮化硼納米管則克服了這一障礙。此外，這兩種材料具有相同的晶格匹配度（原子排列形式），因此作為數字交換機可以避免因原子排列差異帶來的電子散射問題。

　　Yap解釋說：“在電子高速運動的情況下，控制電子的運動方向是十分困難的，而電子散射可以減少電子的數量，降低電子的運動速度。就像一個彈球機，在遇到障礙后，會使得球體的運動速度和運動方向發(fā)生變化�！�

　　未來，Yap和他的團隊將尋找新的方法來消除或改進石墨烯的電子散射效應，從而使運行速度更快的電腦的開發(fā)成為現(xiàn)實。

　　該研究結果發(fā)表在《科學報告》上。