Новый материал из разряда органических 2D-полимеров на основе особых молекул создали ученые МФТИ и ИБХФ РАН. По словам разработчиков, наноразмерные поры в этом материале-монослое можно контролировать с помощью дизайна молекул. Это обеспечивает уникальное сочетание стабильности, упругости и ширины запрещенной зоны полупроводника.
2D-полимеры могут пригодиться изготовление элементов гибкой и управляемой оптоэлектроники.
В последние десятилетия появились новые нанопористые материалы, которые могут применяться в инновационных отраслях индустрии: адсорбции газов, гетерогенном катализе, накопление энергии и т. д. Размеры пор в них варьируются от 1-100 нанометров, а специфические свойства таких материалов — сенсорные, адсорбционные, каталитические и др, — связаны именно с наличием нанопор.
Существуют разные форматы создания таких материалов: так называемые металлоорганические каркасы, сопряженные микропористые полимеры и т. д. Ковалентные каркасы имеют уникальную структуру за счет способа синтеза, который позволяет создать однородную пористость. Еще одним преимуществом является то, что такую структуру можно синтезировать в 2D и 3D микропористых сетях. Кроме того, они химически и термически стабильны. Большой выбор мономеров позволяет регулировать размер пор и желаемые свойства материала. Подобные пористые структуры используются для разделения различных газов, таких как углекислый газ и азот, ацетилен и этилен, этан и метан, этилен и метан и тд.
Исследователи из МФТИ обнаружили, что подобные 2D-полимеры могут также применяться в сфере современной оптоэлектроники, благодаря своим уникальным свойствам. Они изучили с помощью расчетов и предложили два стабильных монослоя на основе органических молекул F4-TCNQ.
«Мы проанализировали две возможные для них реакции: реакция тримеризации с получением монослоя ЦТФ и реакция образования вторичного амина с получением монослоя САФ. Все реакции показывают энергетическую выгодность конечного состояния. Стабильность монослоев SAF и CTF была подтверждена методом ab initio молекулярно-динамического моделирования при постоянных температурах 400, 600 и 800 K. Более того, быстрый нагрев до 3000 K с шагом температуры 2,15 K/фс не показал существенных изменений в атомной структуре», — рассказал один из авторов исследования, доцент кафедры химической физики функциональных материалов МФТИ Дмитрий Квашнин.
Расчеты электронных свойств 2D-материала показали полупроводниковое поведение монослоя с шириной запрещенной зоны около 1,5 эВ, сообщили в пресс-службе МФТИ.
Данные, полученные в ходе исследования, показали перспективность применения предложенных монослоев в области гибких электронных и оптоэлектронных устройств. Результаты проекта опубликованы в международном научном журнале FlatChem.
