Ny løsning til fremstilling af 2-D nanomaterialer

To-dimensionelle (2D) nanomaterialer er blevet fremstillet ved at opløse lagdelte materialer i væsker, ifølge ny UCL-ledet forskning. Væskerne kan bruges til at anvende 2D -nanomaterialerne over store områder og til lave omkostninger, muliggøre en række vigtige fremtidige applikationer.

2D nanomaterialer, såsom grafen, har potentiale til at revolutionere teknologien gennem deres bemærkelsesværdige fysiske egenskaber, men deres oversættelse til virkelige applikationer har været begrænset på grund af udfordringerne ved at lave og manipulere 2D -nanomaterialer i industriel skala.

Den nye tilgang, udgivet i dag i Naturkemi , produceret enkeltlag af mange 2D -nanomaterialer på en skalerbar måde. Forskerne brugte metoden på en lang række materialer, herunder dem med halvleder- og termoelektriske egenskaber at skabe 2D -materialer, der kan bruges i solceller eller til at omdanne spildet varmeenergi til elektrisk energi, for eksempel.

"2D -nanomaterialer har fremragende egenskaber og en unik størrelse, hvilket tyder på, at de kunne bruges i alt fra computerskærme til batterier til smarte tekstiler. Mange metoder til fremstilling og anvendelse af 2D -nanomaterialer er svære at skalere eller kan beskadige materialet, men vi har med succes behandlet nogle af disse spørgsmål. Forhåbentlig vil vores nye proces hjælpe os med at realisere potentialet i 2D -nanomaterialer i fremtiden, "forklarede studieleder Dr. Chris Howard (UCL Physics &Astronomy).

Til undersøgelsen, finansieret af Royal Academy of Engineering og Engineering and Physical Sciences Research Council, forskerne indsatte positivt ladede lithium- og kaliumioner mellem lagene af forskellige materialer, herunder vismuttellurid (Bi2Te3), molybdendisulfid (MoS2) og titandisulfid (TiS2), giver hvert lag en negativ ladning og skaber et 'lagdelt materialesalt'.

Disse lagdelte materialesalte blev derefter forsigtigt opløst i udvalgte opløsningsmidler uden anvendelse af kemiske reaktioner eller omrøring. Dette gav løsninger af 2D -nanomaterialeark med samme form som udgangsmaterialet, men med en negativ ladning.

Forskerne analyserede indholdet af løsningerne ved hjælp af atomkraftmikroskopi og transmissionselektronmikroskopi for at undersøge strukturen og tykkelsen af ​​2D -nanomaterialerne. De fandt ud af, at de lagdelte materialer opløses i små ark med rent, ubeskadiget, enkelte lag, isoleret i løsninger.

Holdet fra UCL, University of Bristol, Cambridge Graphene Center og École Polytechnique Fédérale de Lausanne, var i stand til at demonstrere, at selv 2D -nanomaterialeark, omfattende millioner af atomer, lavede stabile løsninger frem for suspensioner.

"Vi forventede ikke, at en sådan række 2D -nanomaterialer ville danne en løsning, da vi simpelthen tilføjede opløsningsmidlet til saltet - lagdelte materialesalte er store, men opløses i væske svarende til bordsalt i vand. Det faktum, at de danner en væske sammen med deres negative ladning, gør dem lette at manipulere og bruge i stor skala, som er videnskabeligt spændende, men også relevant for mange brancher, "sagde første forfatter Dr. Patrick Cullen (UCL Chemical Engineering).

"Vi har vist, at de kan males på overflader og, når den tørres, kan indrette sig i forskellige fliseformer, som ikke er set før. De kan også galvaniseres på overflader på omtrent samme måde som guld bruges til at plade metaller. Vi glæder os til at lave forskellige 2D -nanomaterialer ved hjælp af vores proces og prøve dem i forskellige applikationer, da mulighederne er næsten uendelige, "sluttede han.

UCL Business PLC (UCLB), teknologikommercialiseringsvirksomheden i UCL har patenteret denne forskning og vil støtte kommercialiseringsprocessen.