Rein theoretisch wären Silizium-Nanoblätter ein perfekter Ersatz für Graphen, sind die optoelektronischen Eigenschaften beider Materialien gleichermaßen herausragend. Ideal für den Einsatz in der Nanoelektronik, beispielsweise für biegbare Displays, Photodetektoren oder als Material für Feldeffekttransistoren. Auch denkbar wäre eine Verwendung als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Akkus, da das Halbmetall die Fähigkeit besitzt, Li-Ionen zu speichern.
Das Problem: Die Nanoblätter alleine sind sehr instabil. Bei Kontakt mit UV-Licht werden die dünnen, zweidimensionalen Schichten sehr schnell zersetzt und das schränkte die Anwendung bisher stark ein.
Kunststoff-Kombination
Diesem Nachteil könnte jedoch schon bald ein Ende gesetzt sein: An der Technischen Universität München ist es Tobias Helbich vom Wacker-Lehrstuhl für Makromolekulare Chemie und Professor Bernhard Rieger, dem Inhaber des Lehrstuhls für Makromolekulare Chemie, gelungen, das erste Nanokomposit auf Basis von Silizium-Nanoblättern herzustellen. Das Silizium wird in Kunststoff eingebettet, um es so vor der Zersetzung zu bewahren. Im selben Schritt werden die Nanoblätter noch zusätzlich modifiziert und so gegen Oxidation geschützt.
Positive Eigenschaften vereinigt
Die Besonderheit des Nanokomposits liegt in der Vereinigung der positiven Eigenschaften der beiden Komponenten. Die Polymermatrix sorgt für die Absorption des UV-Lichts und stabilisiert die Nanoblätter. Zur gleichen Zeit bleiben die optoelektronischen Eigenschaften der Nanoblätter erhalten.Dank der neu gewonnenen Flexibilität und Beständigkeit gegen äußere Einflüsse rückt eine industrielle Anwendung nun in greifbare Nähe, denn das Nanokomposit lässt sich mit gängigen Verfahren der Polymertechnik verarbeiten.
Erste erfolgreiche Applikation
Eine erste erfolgreiche Anwendung wurde erst vor kurzem im Rahmen des ATUMS Graduiertenprogramms vorgestellt: Alina Lyuleeva und Prof. Paolo Lugli vom Lehrstuhl für Nanoelektronik der TU München gelang es in Zusammenarbeit mit Helbich und Rieger, einen wenige Nanometer großen Photodetektor zu bauen. Dafür trugen sie die in eine Polymermatrix eingebetteten Silizium-Nanoblätter auf eine mit Goldkontakten beschichtete Siliziumdioxid-Oberfläche auf. Aufgrund seiner geringen Abmessungen spart ein solcher nanoelektronischer Detektor viel Platz und Energie.
