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2021-02-24 | 中央商情

台灣團隊提出新電極架構 材料科技大躍進

台灣團隊在單分子電子學領域提出雙金屬電極的新架構,今年1月底登上自然科學頂尖期刊自然材料(NatureMaterials)。未來有機會讓部分材料製程成本降低,提高電子傳輸效率。

科技部自然科學及永續研究發展司司長羅夢凡表示,生活中使用電器、電子產品都是奠基在電子學發展上,過去從真空管年代進入到微米電子學,隨著技術發展,電晶體尺度不斷微縮,台積電現在3奈米製程要上線,未來1奈米以下要去思考如何克服物理限制;另一個研究方向則是從單分子電子學下手。

在科技部卓越領航、特約研究計畫及教育部高教深耕計畫的支持下,台大化學系特聘教授陳俊顯及台東大學應用科學系教授陳以文的研究團隊,在單分子電子學領域提出雙金屬電極(bimetallicelectrodes)的嶄新架構,以低電位沉積法製作單一原子層的銀或銅,並以不破壞修飾層的虛擬實境之原子力顯微術量測單分子導電值。

陳俊顯解釋,電子傳輸到目的地的過程中,電子要經過一層又一層結構才能到達目的地,可以想像成爬一層層階梯才能抵達。研究上會希望可以透過外部方式讓階梯的高度差下降,讓電子傳輸過程更有效率,這個過程在學術上稱為「能階匹配」,如果傳輸效率提高,耗能可以減少,製程成本也有機會下降。

陳俊顯表示,多數研究都是透過電極材料及設計、合成分子2個面向來控制能階匹配。在單分子電子學領域,電極材料過去都以金元素為主,團隊首次在單分子領域採用合金方式,譬如金加銀,或是金為底上面加上銅來作為材料,讓材料選擇變多,同時進一步也增加電極與分子種類的配對,讓元件設計更多元。

陳俊顯指出,團隊證實雙元素的電極設計是有效策略,可使電極表面與分子的作用力增加30%至80%,並為電極塑造出新的電子結構,單分子導電值提升為純金電極的40至60倍。

科技部表示,功能性分子與材料表面的作用在許多應用扮演關鍵角色,例如應用於顯示螢幕的有機發光二極體材料(OLED),石墨烯及碳材料也在能源、電池、生醫材料等領域開啟關鍵應用。本研究在表面科學與技術的進展,可作為詮釋或創新界面現象與應用的基礎。

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