Videnskab
 science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

Nanosheet-vækstteknik kan revolutionere nanomaterialeproduktion

Den nye fremstillingsproces i nanoskala trækker zink til overfladen af ​​en væske, hvor den danner plader, der kun er få atomer tykke. Kredit:Xudong Wang

Efter seks års omhyggelig indsats, en gruppe materialeforskere fra University of Wisconsin-Madison mener, at de små plader af halvlederzinkoxid, de dyrker, kan have enorme konsekvenser for fremtiden for en lang række elektroniske og biomedicinske anordninger.

Gruppen - ledet af Xudong Wang, en UW-Madison professor i materialevidenskab og teknik, og postdoc-forsker Fei Wang - har udviklet en teknik til at skabe næsten todimensionelle ark af forbindelser, der ikke naturligt danner så tynde materialer. Det er første gang, en sådan teknik har været vellykket.

Forskerne beskrev deres resultater i tidsskriftet Naturkommunikation den 20. januar.

I bund og grund den mikroskopiske ækvivalent af et enkelt ark papir, et 2-D nanoark er et materiale, der kun er få atomer tykt. Nanomaterialer har unikke elektroniske og kemiske egenskaber sammenlignet med identisk sammensatte materialer i det hele taget, konventionelle vægte.

"Det, der er rart med et 2-D nanomateriale, er, at fordi det er et ark, det er meget nemmere for os at manipulere sammenlignet med andre typer nanomaterialer, " siger Xudong Wang.

Indtil nu, materialeforskere var begrænset til at arbejde med naturligt forekommende 2-D nanoark. Disse naturlige 2-D strukturer inkluderer grafen, et enkelt lag grafit, og et begrænset antal andre forbindelser.

At udvikle en pålidelig metode til at syntetisere og fremstille 2-D nanoark fra andre materialer har været et mål for materialeforskere og nanoteknologiindustrien i årevis.

I deres teknik, UW-Madison-teamet påførte et specielt formuleret overfladeaktivt stof - et vaskemiddellignende stof - på overfladen af ​​en væske indeholdende zinkioner.

På grund af dets kemiske egenskaber, det overfladeaktive stof samler sig i et enkelt lag ved væskens overflade, med negativt ladede sulfationer pegede i væskens retning. Disse sulfationer trækker de positivt ladede zinkioner inde fra væsken til overfladen, og inden for et par timer trækkes nok zinkioner op til at danne kontinuerlige zinkoxidnanoark, der kun er få atomlag tykke.

Xudong Wang fik først idéen til at bruge et overfladeaktivt stof til at dyrke nanoark under et foredrag, han holdt på et kursus om nanoteknologi i 2009.

"Kurset indeholder et foredrag om selvsamling af monolag, " siger han. "Under de rigtige forhold, et overfladeaktivt middel samler sig selv for at danne et monolag. Dette er en velkendt proces, som jeg underviser i i klassen. Så mens du underviser i dette, Jeg spekulerede på, hvorfor vi ikke ville være i stand til at vende denne metode og bruge det overfladeaktive monolag først til at dyrke det krystallinske ansigt."

Efter fem års trial and error med forskellige overfladeaktive opløsninger, ideen gav pote.

"Vi er meget begejstrede for dette, " siger Xudong Wang. "Dette er bestemt en ny måde at fremstille 2-D nanoark på, og det har et stort potentiale for forskellige materialer og til mange forskellige anvendelser."

Allerede, forskerne har fundet ud af, at de 2-D zinkoxid nanoplader, de har dyrket, er i stand til at fungere som halvledertransistorer kaldet en p-type, den modsatte elektroniske adfærd af naturligt forekommende zinkoxid. Forskere har i nogen tid forsøgt at fremstille zinkoxid med pålidelige p-type halvlederegenskaber.

Zinkoxid er en meget nyttig komponent i elektroniske materialer, og de nye nanoark har potentiale til brug i sensorer, transducere og optiske enheder.

Men zinkoxid-nanopladerne er kun de første af, hvad der kunne være en revolution inden for 2-D nanomaterialer. Allerede, UW-Madison-teamet anvender sin overfladeaktive metode til at dyrke 2-D nanoplader af guld og palladium, og teknikken lover at dyrke nanoplader af alle slags metaller, der ikke ville danne dem naturligt.

"Det bringer en masse nyt funktionelt materiale til denne 2D-materialekategori, " siger Wang.


Varme artikler