可用于电子工业、太阳能技术和光催化领域的新型柔性半导体
日期：2016年9月12日
来源：慕尼黑工业大学(Technical University of Munich ,TUM）
摘要：携带着遗传信息的DNA拥有稳定而柔韧的双螺旋结构，它使地球上生命的存在成为可能。近日，慕尼黑工业大学（Technical University of Munich, TUM)的一个研究团队发明了一种双螺旋结构的无机半导体材料。该材料由锡，碘和磷元素组成，不仅拥有非凡的光学和电学特性，还具有机械柔韧性。
由锡，碘和磷元素组成的新型双螺旋状半导体，它具有极好的机械柔韧性。
图源：Tom Nilges教授/ TUM
携带着遗传信息的DNA拥有稳定而柔韧的双螺旋结构，它使地球上生命的存在成为可能。近日，慕尼黑工业大学（TechnicalUniversity of Munich, TUM)的一个研究团队发明了一种双螺旋结构的无机半导体材料。该材料由锡，碘和磷元素组成，不仅拥有非凡的光学和电学特性，还具有机械柔韧性。
柔软多变却不失强度，这是自然编码的遗传信息以双螺旋结构存在的一个原因。慕尼黑工业大学的科学家们发现了一种无机化合物，该化合物中的元素排列成双螺旋状。
这种新型半导体材料由锡元素，碘元素和磷元素组成，被称作SnIP。此外，该材料的柔性远远超过传统的无机半导体材料。厘米长短的纤维可以被随意弯折而不断裂。
“SnIP的性质无疑取决于双螺旋结构，”Daniela Pfister解释道,他是慕尼黑工业大学新型材料合成与表征领域的教授，也是Tom Nilges团队的研究人员。正是他发现了这种新型材料。“SnIP可以克为生产单位轻松地实现大规模生产。相比之下，砷化镓具有类似的电子学特性，但毒性却远大于SnIP。”
良好的应用前景
从太阳能电池的能量转换和热电元件到光催化传感器和光电器件，SnIP的半导体特性使其具有广阔的应用前景。此外，通过参杂其他元素，新材料的电子学特性也使其的适用范围被扩大。
由于原子以双螺旋的形式排列，厘米长短的纤维可以被继续分成更细的纤维。迄今为止，最细的纤维只有几个纳米，仅由五个双螺旋线组成。这为纳米电子学的应用打开了一扇大门。
“将新材料的半导体特性与机械柔性结合起来，我们看好其应用前景，” Nilges教授介绍道。“与有机太阳能电池相比，该无机材料有望获得更高的稳定性。比如，SnIP在500°C (930 °F)左右时，其性质依旧能保持稳定。”
刚刚起步
“碳具有多种结构，如三维的金刚石，二维的石墨烯和一维的纳米管，”Nilges教授解释道，“与碳类似，半导体材料也具有多种结构，如三维的硅，二维的磷烯，以及本文中介绍的首次发现的一维材料，这给我们带来的欣喜不亚于之前发现的碳纳米管。”
正如碳纳米管和基于聚合物的印刷油墨那样，双螺旋结构的SnIP可以悬浮在诸如甲苯之类的溶剂中。用这种方法，可以很容易将其制成薄膜，并且成本低廉。“但是我们还处于材料研发的早期，”Daniela Pfister介绍道。“我们需要找到每步的工序。”
因为双螺旋链状的SnIP具有手性，而由单一某种手性构型的材料往往具备独特的光学特性，这也使其在光电子学研究领域拥有良好的应用前景。但是到目前为止，还没有技术能够分离这两种异构体。
研究人员的理论计算结果表明:其他许多元素也可以制造出类似无机双螺旋结构的材料。于此同时，研究人员已经针对这些研究成果申请了大量专利。目前，研究者们正在力图为其余各种的双螺旋材料探索合适的生产工序。
跨学科合作
为了研制这种特性优异的新材料，研究人员进行了广泛的跨学科合作：光致发光和导电性测量由慕尼黑工业大学Walter Schottky负责。奥格斯堡大学（University of Augsburg）的理论化学家则主攻理论计算。基尔大学（University of Kiel）和位于斯图加特（Stuttgart）的马克斯?普朗克固体物理研究所（MaxPlanck Institute of Solid State Research）的研究者们负责透射电镜观察。穆斯堡尔谱和磁性是在奥格斯堡大学测量的。勃兰登堡工业大学（TU Cottbus）的研究人员则对热力学的测量有所贡献。
翻译：杨镐羽
审稿：林然
内容源：https://www.sciencedaily.com/releases/2016/09/160912122632.htm
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