Extrudierte Spirale aus polymerumhüllten Silizium-Nanoblättchen unter UV-Licht.
Tobias Helbich / TUM
Ähnlich wie Kohlenstoff bildet auch Silizium zweidimensionale Netzwerke, die nur eine Atomlage dick sind. Wie Graphen 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. Jedoch sind die Nanoblätter alleine sehr anfällig und werden von UV-Licht schnell zersetzt, was seine Anwendung bisher stark einschränkte.
Nun ist es einem Forschungsteam der Technischen Universität München erstmals gelungen die Silizium-Nanoblätter in Kunststoff einzubetten. Dadurch werden sie vor Zersetzung und Oxidation geschützt. Es ist das erste Nanokomposit auf Basis von Silizium-Nanoblättern und vereint die positiven Eigenschaften seiner beiden Bestandteile. Die Polymermatrix absorbiert das Licht im UV-Bereich, stabilisiert die Nanoblätter und verleiht dem Material die Eigenschaften des verwendeten Polymers, während gleichzeitig die optoelektronischen Eigenschaften des Siliziums erhalten bleiben.
Seine Flexibilität und Beständigkeit gegen äußere Einflüsse führen zudem dazu, dass sich das neu entwickelte Material mit gängigen Verfahren der Polymertechnik industriell verarbeiten lässt. Im Rahmen des ATUMS Graduiertenprogramms (Alberta/TUM International Graduate School for Functional Hybrid Materials) gelang erst vor kurzem der Bau eines wenige Nanometer großen Photodetektors. Dafür wurden die in eine Polymermatrix eingebetteten Nanoblätter auf eine mit Goldkontakten beschichtete Siliziumdioxid-Oberfläche aufgetragen. Aufgrund seiner geringen Abmessungen spart ein solcher nanoelektronischer Detektor viel Platz und Energie.