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Layered functional materials - beyond 'graphene'

Descrizione del progetto

Progettazione razionale di materiali «oltre il grafene» per dispositivi innovativi

Il grafene, un singolo strato di atomi di carbonio disposti in un reticolo a nido d’ape, è stato scoperto nel 2004. La scoperta di questo materiale miracoloso è valsa ai suoi scopritori il Premio Nobel per la fisica nel 2010. Da allora sono stati scoperti solo altri quattro membri della famiglia del grafene, nessuno dei quali presenta la larghezza di banda ridotta del silicio commerciale. Il progetto BEGMAT, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, svilupperà una strategia completa per costruire materiali «oltre il grafene» in modo controllato, attraverso la chimica organica covalente, a partire da precursori abbondanti privi di metalli e materie prime critiche. Il progetto chiarirà le relazioni tra struttura e proprietà dei materiali, e produrrà conoscenze essenziali a sostegno dello sviluppo di materiali funzionali stratificati e di processi per la produzione di dispositivi.

Obiettivo

There is an apparent lack of non-metallic 2D-matrials for the construction of electronic devices, as only five materials of the “graphene family” are known: graphene, hBN, BCN, fluorographene, and graphene oxide – none of them with a narrow bandgap close to commercially used silicon. This ERC-StG proposal, BEGMAT, outlines a strategy for design, synthesis, and application of layered, functional materials that will go beyond this exclusive club. These materials “beyond graphene” (BEG) will have to meet – like graphene – the following criteria:
(1) The BEG-materials will feature a transfer of crystalline order from the molecular (pm-range) to the macroscopic level (cm-range),
(2) individual, free-standing layers of BEG-materials can be addressed by mechanical or chemical exfoliation, and
(3) assemblies of different BEG-materials will be stacked as van der Waals heterostructures with unique properties.
In contrast to the existing “graphene family”,
(4) BEG-materials will be constructed in a controlled way by covalent organic chemistry in a bottom-up approach from abundant precursors free of metals and critical raw materials (CRMs).
Moreover – and unlike – many covalent organic frameworks (COFs),
(5) BEG-materials will be fully aromatic, donor-acceptor systems to ensure that electronic properties can be addressed on macroscopic scale.
The potential to make 2D materials “beyond graphene” is a great challenge to chemical bond formation and material design. In 2014 the applicant has demonstrated the feasibility of the concept to expand the “graphene family” with triazine-based graphitic carbon, a compound highlighted as an “emerging competitor for the miracle material” graphene. Now, the PI has the opportunity to build a full-scale research program on layered functional materials that offers unique insights into controlled, covalent linking-chemistry, and that addresses practicalities in device manufacture, and structure-properties relationships.

Meccanismo di finanziamento

ERC-STG - Starting Grant

Istituzione ospitante

HUMBOLDT-UNIVERSITAET ZU BERLIN
Contribution nette de l'UE
€ 1 198 977,50
Indirizzo
UNTER DEN LINDEN 6
10117 Berlin
Germania

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Regione
Berlin Berlin Berlin
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 198 977,50

Beneficiari (2)