Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Kemi

Fluor strømmer ind, laver materiale metal

Fluorerende todimensionelt wolframdisulfid tilføjer metalliske øer til den syntetiske halvleder, sammen med unikke optiske og magnetiske egenskaber, ifølge forskere ved Rice University. Kredit:Ajayan Research Group/Rice University

Ved at stå i vejen, Fluoratomer hjælper et todimensionelt materiale med at transformere fra en halvleder til et metal på en måde, der kan være yderst nyttig til elektronik og andre applikationer.

En undersøgelse ledet af rismaterialeforsker Pulickel Ajayan og hovedforfatter Sruthi Radhakrishnan beskriver en ny metode til at omdanne wolframdisulfid fra en halvleder til en metallisk tilstand.

Andre laboratorier har opnået transformationen ved at tilføje elementer til materialet - en proces kendt som doping - men ændringen har aldrig før været stabil. Test og beregninger hos Rice viste fluorerende wolframdisulfidlåse i den nye tilstand, som har unikke optiske og magnetiske egenskaber.

Forskerne bemærkede også transformationens effekt på materialets tribologiske egenskaber - et mål for friktion, smøring og slid. Kort sagt, tilsætning af fluor gør materialet mere glat ved stuetemperatur.

Laboratoriets arbejde er detaljeret i Avancerede materialer .

Wolframdisulfid er et overgangsmetal dichalcogenid (TMD), en atom-tyk halvleder. I modsætning til grafen, som er et fladt gitter af carbonatomer, en TMD indeholder to elementer, det ene et overgangsmetalatom (i dette tilfælde, wolfram) og den anden (svovl) et kalkogen. Materialet er ikke helt fladt; overgangsmetallaget er klemt mellem chalcogenet, danner et tre-lags gitter.

TMD'er er potentielle byggesten med andre 2-D materialer til energilagring, elektrokatalyse og smøring, som alle er påvirket af den nu stabile fasetransformation.

Fluoriderende todimensionalt wolframdisulfid tilføjer metalliske øer til den syntetiske halvleder, sammen med unikke optiske og magnetiske egenskaber, ifølge forskere ved Rice University. Kredit:Ajayan Research Group/Rice University

Fordi fluoratomer er meget mindre end 0,6-nanometerrummet mellem lagene af wolfram og svovl, forskerne sagde, at de invasive atomer arbejder sig ind imellem, forstyrre materialets ordnede gitter. Fluoren tillader svovlplanerne at glide denne eller den vej, og den resulterende handel med elektroner mellem fluor og svovl står også for de unikke egenskaber.

"Det var bestemt en stor overraskelse. Da vi startede dette arbejde, en fasetransformation var det sidste, vi forventede at se." sagde Radhakrishnan, en tidligere kandidatstuderende i Ajayans laboratorium og nu modulingeniør ved Intel Corp. i Hillsboro, Malm.

"Det er virkelig overraskende, at friktionsegenskaberne ved fluoreret wolframdisulfid er helt forskellige fra den fluorerede grafen, der blev undersøgt før, " sagde medforfatter Tobin Filleter, lektor i maskinteknik ved University of Toronto. "Dette er en motivation til at studere lignende 2-D materialer for at udforske en sådan interessant adfærd."

Forskerne sagde, at fluor ikke kun ser ud til at reducere båndgabet og gøre materialet mere ledende, men også forårsager defekter, der skaber metalliske "øer" langs materialets overflade, der også viser paramagnetiske og ferromagnetiske egenskaber. "Disse områder af metallisk wolframdisulfid er magnetiske, og de forstyrrer hinanden, skabe interessante magnetiske egenskaber, "Sagde Radhakrishnan.

Yderligere, fordi fluoratomer er elektrisk negative, de er også mistænkt for at ændre elektrontætheden af ​​naboatomer. Det ændrer materialets optiske egenskaber, hvilket gør det til en kandidat til sanse- og katalyseapplikationer. Radhakrishnan foreslog, at materialerne også kan være nyttige i deres metalliske fase som elektroder til superkondensatorer og andre energilagringsanvendelser.

Radhakrishnan sagde, at forskellige koncentrationer af fluor ændrer andelen af ​​ændringer i den metalliske fase, men ændringen forblev stabil i alle tre koncentrationer, laboratoriet undersøgte.

"Fasetransformationen, Ændring i egenskaber med funktionalisering af fluor og dets magnetiske og tribologiske ændringer er meget spændende, "Ajayan sagde. "Dette kan udvides til andre 2-D lagdelte materialer, og jeg er sikker på, at det vil åbne nogle fængslende applikationer."


Varme artikler