Исследователи уже знают, что пленки из нитрида бора представляют собой хорошую подложку для графена, поскольку оба материала имеют очень похожие структуры: атомы в графене расположены в узлах гексагональной кристаллической решетки, как и атомы натрия и бора в двумерном листе нитрида бора.

Теперь же в своей последней работе ученые из США обнаружили, что нанотрубки из нитрида бора также могут объединяться с графеном, что помогает укрепить углеродный материал за счет ковалентных связей с трубками. Работа показывает, что такую «арматуру» для графеновых пленок можно формировать не только из нанотрубок нитрида бора, но и при помощи других материалов, имеющих близкие атомные структуры.

В ходе экспериментов группы ученых из Rice University (США) было обнаружено, что при взаимодействии с графеном нанотрубки из нитрида бора частично «раскрываются» и образуют с углеродной пленкой гибридную структуру, в то время, как остальная часть нанотрубки остается свернутой, формируя что-то вроде арматурной сети, укрепляющей лист графена.

Согласно полученным результатам,

подобную «арматуру» можно создавать не только из нитрида бора, но и на основе других материалов, обладающих сходной с графеном атомной структурой. Это может быть тунгстенит (WS₂), углеродные нанотрубки или дисульфид молибдена. Таким образом, ученые в своей работе доказали существование еще одного способа создания гибридных архитектур, включающих графен и различные функциональные наноматериалы.

Гибридные структуры в рамках эксперимента создавались при помощи диспергирования нанотрубок в растворе, содержащем поверхностно-активные вещества. После этого раствор размещался на медной фольге, которая является катализатором для выращивания графена. Необходимые структуры формировались на фольге при температуре ниже 1000 градусов по Цельсию как с дополнительными газообразными источниками углерода (например, метаном), так и без них. Как поясняют ученые, в данном случае дополнительный источник углерода не требуется, поскольку вещество может поступать из функциональных групп на нанотрубках из нитрида бора.

Как показали эксперименты, созданная на графене «усиливающая арматура» может быть легко перенесена на другие подложки без помощи промежуточных полимеров (полимеры обычно применяются при переносе двумерных материалов).

Также в рамках своей работы научная группа оценила электронные свойства «усиленного» графена. Для этого они создали на основе данного материала полевой транзистор. Выяснилось, что устройство – полупроводниковое, более того, амбиполярное, т.е. заряд в нем может переноситься, как электронами, так и дырками проводимости. Подобное поведение проявляется также в устройствах на основе графена, выращенных методов химического осаждения из парообразного состояния – наиболее распространенного способа производства этого материала.

Стоит отметить, что

разработанное устройство имеет точку нейтрального заряда на уровне 9,5 В, что указывает на высокое p-легирование материала благодаря гибридизации нанотрубок нитрида бора на границах зерен графена. Отношение тока во включенном состоянии к току в выключенном состоянии для данного транзистора составляет около 2,5.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале ACS Nano.