Atomtykke ark låser op for fremtidige teknologier

(PhysOrg.com) -- En ny måde at opdele lagdelte materialer på, ligner grafit, ind i ark af materiale, der kun er et atom tykt, kan føre til revolutionerende nye elektroniske og energilagringsteknologier.

Et internationalt hold, ledet af Oxford University og Trinity College Dublin videnskabsmænd, har opfundet en alsidig metode til at skabe disse ét-atom tykke 'nanoark' fra en række materialer ved hjælp af milde ultralydsimpulser, som dem, der genereres af smykkerensere, og almindelige opløsningsmidler. Den nye metode er enkel, hurtig, og billigt, og kunne opskaleres til at arbejde i industriel skala.

Holdet offentliggør en rapport om forskningen i denne uges Videnskab .

Hvert en millimeter tykt lag af grafit består af omkring tre millioner lag grafen - et fladt ark kulstof med et atom tykt - stablet oven på hinanden.

"På grund af dets ekstraordinære elektroniske egenskaber har grafen fået al opmærksomhed, herunder en nylig nobelpris, som fysikere håber, at det kan, en dag, konkurrere med silicium i elektronik, ' sagde Dr. Valeria Nicolosi fra Oxford University's Department of Materials, der ledede forskningen sammen med professor Jonathan Coleman fra Trinity College Dublin. "Men faktisk er der hundredvis af andre lagdelte materialer, der kunne gøre os i stand til at skabe kraftfulde nye teknologier."

Professor Coleman, fra Trinity College Dublin, sagde:'Disse nye materialer har kemiske og elektroniske egenskaber, som er velegnede til anvendelse i nye elektroniske enheder, superstærke kompositmaterialer og energigenerering og -lagring. I særdeleshed, denne forskning repræsenterer et stort gennembrud i retning af udvikling af effektive termoelektriske materialer.'

Der er over 150 af disse eksotiske lagdelte materialer – såsom bornitrid, Molybdæn disulfid, og Tungsten disulfid - der har potentiale til at være metalliske, semi-metalliske eller halvledende afhængigt af deres kemiske sammensætning og hvordan deres atomer er arrangeret.

I årtier har forskere forsøgt at skabe nanoark af denne slags materialer, da at arrangere dem i atomtykke lag ville gøre det muligt for os at låse op for deres usædvanlige elektroniske og termoelektriske egenskaber. Imidlertid, alle tidligere metoder var ekstremt tidskrævende og besværlige, og de resulterende materialer var skrøbelige og uegnede til de fleste anvendelser.

'Vores nye metode tilbyder lave omkostninger, et meget højt udbytte og en meget stor gennemstrømning:inden for et par timer, og med kun 1 mg materiale, milliarder og milliarder af ét-atom-tykke grafen-lignende nanoark kan laves på samme tid af en lang række eksotiske lagdelte materialer, sagde Dr Nicolosi.

Nanoark fremstillet ved hjælp af denne metode kan sprøjtes på overfladen af ​​andre materialer, såsom silicium, at producere "hybridfilm", som potentielt, gøre det muligt for deres eksotiske evner at blive integreret med konventionelle teknologier. Sådanne film kan bruges til at konstruere, blandt andet, nye designs af computerenheder, sensorer eller batterier.

En rapport om undersøgelsen, 'Todimensionelle nanoark fremstillet ved flydende eksfoliering af lagdelte materialer', er offentliggjort i 4. februar-udgaven af ​​tidsskriftet Videnskab .