Forskere udvikler en kraftfuld familie af 2D-materialer

Et hold fra Tulane University School of Science and Engineering har udviklet en ny familie af todimensionelle materialer, som forskere siger har lovende anvendelser, herunder i avanceret elektronik og højkapacitetsbatterier.

Ledet af Michael Naguib, en adjunkt ved Institut for Fysik og Teknisk Fysik, er undersøgelsen blevet offentliggjort i tidsskriftet Advanced Materials .

"Todimensionelle materialer er nanomaterialer med tykkelse i nanometerstørrelse (nanometer er en milliontedel af en millimeter) og laterale dimensioner tusindvis af gange tykkelsen," sagde Naguib. "Deres fladhed tilbyder unikke egenskaber sammenlignet med bulkmaterialer."

Navnet på den nye familie af 2D-materialer er overgangsmetal carbo-chalcogenider eller TMCC. Den kombinerer egenskaberne fra to familier af 2D-materialer – overgangsmetalcarbider og overgangsmetal-dichalcogenider.

Naguib, Ken &Ruth Arnolds tidlige karriereprofessor i videnskab og teknik, sagde, at sidstnævnte er en stor familie af materialer, der er blevet udforsket meget og fundet meget lovende, især til elektrokemisk energilagring og omdannelse. Men han sagde, at en af ​​udfordringerne ved at bruge dem er deres lave elektriske ledningsevne og stabilitet.

På den anden side, sagde han, er overgangsmetalkarbider fremragende elektriske ledere med meget kraftigere ledningsevne. Sammenlægning af de to familier til én forventes at have et stort potentiale for mange applikationer såsom batterier og superkondensatorer, katalyse, sensorer og elektronik.

"I stedet for at stable de to forskellige materialer som Lego-byggeklodser med mange problematiske grænseflader, udvikler vi her et nyt 2D-materiale, der har kombinationen af ​​begge sammensætninger uden nogen grænseflade," sagde han.

"Vi brugte en elektrokemisk-assisteret eksfolieringsproces ved at indsætte lithium-ioner mellem lagene af bulk-overgangsmetaller carbo-chalcogenider efterfulgt af omrøring i vand," sagde Ahmad Majed, artiklens første forfatter og doktorgradskandidat i Materialefysik og Ingeniør hos Tulane, der arbejder i Naguibs gruppe.

I modsætning til andre eksotiske nanomaterialer, sagde Majed, er processen med at fremstille disse 2D TMCC nanomaterialer enkel og skalerbar.

Ud over Naguib og Majed omfatter holdet Jiang Wei, en lektor i fysik og ingeniørfysik; Jianwei Sun, en assisterende professor i fysik og teknisk fysik; Ph.D. kandidaterne Kaitlyn Prenger, Manish Kothakonda og Fei Wang ved Tulane; og Dr. Eric N. Tseng og professor Per O.A. Persson fra Linkӧping Universitet i Sverige. + Udforsk yderligere

Videnskabsmand leder undersøgelse af hurtigere opladning af energilagring