中国粉体网讯  密西根科技大学的物理教授Yoke Khin Yap带领他的团队一直致力于石墨烯-氮化硼纳米管数字交换机的研究。

　　石墨烯由于其独特的性能和优势，常被称为神奇的材料。氮化硼纳米管也是一个非常有益的物质，可以应用于生物和物理领域。

　　但是这两种材料无法单独应用于电子领域。石墨烯属于导体，可以使电子无限制地快速流动。氮化硼纳米管则是高度绝缘的材料，无法流通电子。当这两种材料结合起来，就可以作为一种数字开关使用。这种开关是控制手机、电脑、电子医疗设备和其他电子产品的关键。

　　Yap说：“问题如何将这两种材料融合在一起。”其实解决方案在于，考虑这两种物质的化学结构，从而最大化地利用其不匹配的特点。

    如图所示为物理学教授Yoke KhinYap开发的混合型石墨烯(灰色)-氮化硼纳米管(粉红色和紫色)，这是制备数字开关的关键。

　　纳米级微调

　　基本上，石墨烯的厚度为单层碳原子，而氮化硼纳米管类似于吸管结构。Yap带领的研究团队将石墨烯剥离后，将材料表面修饰成小孔，使纳米管通过这些小孔进行生长，最终形成一种类似于不规则树皮片的网状材料。

　　Yap说：“当我们将这两种物质结合在一起后，能制备出性能更好的物质。关键是这些材料有不平衡的带隙（也就是使得电子发生跃迁的能变）。当这两种物质结合后，形成的带隙制造出所谓的“势垒”，阻止电子的流动。”

　　材料结构引起带隙的变化。石墨烯片就可以导电，而碳纳米管结构阻止电子的流动。

　　由于氮化硼纳米管附近不断的电子流通，这种差异最终发展成为一种电子运动障碍，在两种材料之间的接触点处形成异质结。这种异质结就是形成数字开/关的关键。

　　Yap说：“想象一下，电子就像汽车一样行驶在光滑的轨道上，不停地转呀转，当遇到楼梯时，被迫停止前进。”

　　研究小组已经证实，开关的切换率与材料导电/不导电的转换性能高度相关。简单来说，我们研制出的材料，其开关速度比目前石墨烯开关高几个数量级，这就可以使得电子产品的计算速度增加。

　　解决半导体困境

　　Yap团队的研究结果为未来创建更快和更小型的电脑提供了前提。他们的研究是基于早期不含半导体的晶体管。

　　由于会散发出大量的热，硅质半导体只能制备成很小的尺寸，混合型石墨烯-氮化硼纳米管则克服了这一障碍。此外，这两种材料具有相同的晶格匹配度（原子排列形式），因此作为数字交换机可以避免因原子排列差异带来的电子散射问题。

　　Yap解释说：“在电子高速运动的情况下，控制电子的运动方向是十分困难的，而电子散射可以减少电子的数量，降低电子的运动速度。就像一个弹球机，在遇到障碍后，会使得球体的运动速度和运动方向发生变化。”

　　未来，Yap和他的团队将寻找新的方法来消除或改进石墨烯的电子散射效应，从而使运行速度更快的电脑的开发成为现实。

　　该研究结果发表在《科学报告》上。