臺(tái)大/中研院合作團(tuán)隊(duì)把奈米複合物的導(dǎo)電行為變?nèi)菀琢?/h1>

更新日期：109年5月25日

近二十年是奈米材料的革命世代。奈米管、奈米薄片和巴克球(buckyballs)等這些僅由幾千個(gè)原子所組成的對(duì)科學(xué)產(chǎn)生了時(shí)代性的震撼。為了讓這些發(fā)現(xiàn)對(duì)我們巨觀的真實(shí)世界產(chǎn)生真正的影響，我們必須將數(shù)百萬(wàn)個(gè)這樣小的奈米物質(zhì)組在一起形成巨觀物質(zhì)。

由國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)物理學(xué)系副教授謝馬利歐以及中央研究院原子與分子科學(xué)研究所副研究員謝雅萍所共同組成的MY-Lab團(tuán)隊(duì)，過(guò)去一直致力於將這些石墨烯奈米片形成的膜鋪在玻璃片或塑膠片上，來(lái)製成應(yīng)用於螢?zāi)缓吞?yáng)能的透明可撓式電極。然而這個(gè)目標(biāo)卻比預(yù)期中的還難實(shí)現(xiàn)。使用較厚的奈米片所塗成的導(dǎo)電膜較導(dǎo)電，但透明電極卻因此變得較不透光；較大的奈米片組成的透明導(dǎo)電膜理論上應(yīng)該比較導(dǎo)電，但由於奈米片間的接點(diǎn)變少，反而更不利於導(dǎo)電。

MY-Lab研究團(tuán)隊(duì)試著去找出最佳化的奈米導(dǎo)電膜條件，但因?yàn)槟蚊灼男螤罡较蚴欠浅２灰?guī)律地，根本沒(méi)有現(xiàn)成的理論模型可以來(lái)預(yù)測(cè)或解釋實(shí)驗(yàn)所量到的數(shù)據(jù)!　為了解決這樣複雜的電子導(dǎo)電行為，他們和一個(gè)來(lái)自香港大學(xué)的訪問(wèn)學(xué)生一起開發(fā)了自己的預(yù)測(cè)工具。

現(xiàn)成的計(jì)算都是將奈米材料變成規(guī)則形狀而過(guò)度簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)電流，導(dǎo)致計(jì)算失真。MY-Lab團(tuán)隊(duì)相反地，用類似網(wǎng)路通訊的連結(jié)或大腦中的網(wǎng)絡(luò)連結(jié)為模型，並將材料和網(wǎng)絡(luò)間的連結(jié)視為由數(shù)百個(gè)具有各自電組的片狀薄膜所組成，而其所形成的總電阻可再利用曾經(jīng)預(yù)測(cè)過(guò)動(dòng)物遷徙的模型被簡(jiǎn)易地計(jì)算出來(lái)。這個(gè)方法不僅適用於許多複雜的奈米材料，使建模變得容易許多，對(duì)於沒(méi)有程式經(jīng)驗(yàn)的研究人員而言也能很快上手。

他們使用這種新方法，首次計(jì)算出片狀薄膜和奈米管混合物等真實(shí)的奈米結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電行為，此外，計(jì)算中也顧及了每一單一奈米結(jié)構(gòu)間的複雜傳導(dǎo)行為，這有助於預(yù)測(cè)複雜材料中所具有的新特性，並為將來(lái)的研究提供靈感。

回到研究團(tuán)隊(duì)的初衷，研究人員成功的用奈米片狀薄膜的模擬結(jié)果驗(yàn)證了他們?cè)趯?shí)驗(yàn)上所獲得的結(jié)果。透過(guò)樣品的兩個(gè)簡(jiǎn)單測(cè)量(光吸收和薄膜電阻)與其模擬結(jié)果進(jìn)行比較，可進(jìn)而預(yù)測(cè)出單一奈米片狀薄膜自己的特性，這種方法使實(shí)驗(yàn)人員無(wú)需使用高功率顯微鏡或?qū)ｉT的測(cè)量工具就得以比較各式薄膜及材料的特性，進(jìn)而預(yù)測(cè)出最佳的奈米電極形狀結(jié)構(gòu)及其應(yīng)該的電晶體表現(xiàn)。最終，研究小組研究了大約兩百種的奈米結(jié)構(gòu)，找出了最適合做為電極的理想奈米片。

這些成果最近發(fā)表在《自然材料(Nature Materials)》，此期刊影響因子高達(dá)46.8，文章連結(jié)為 https://rdcu.be/b3FF0 。作者希望材料科學(xué)和奈米技術(shù)的研究人員將受到激勵(lì)，以新的方法來(lái)突破他們對(duì)奈米結(jié)構(gòu)驚奇特性的認(rèn)知。