Forskere ruller 2-D cadmium tellurid til nanoscrolls

Et team af forskere fra Det Kemiske Fakultet og Det Materialevidenskabelige Fakultet, MSU, sammen med udenlandske kolleger, opdaget, at todimensionelle plader af cadmiumtellurid spontant kan foldes til nanoscrolls. Denne effekt kan bruges i elektronik og fotonik. Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i Materialernes kemi .

I løbet af studiet, holdet fokuserede på 2-D halvledermaterialer. Disse omfatter grafen, fosfor, 2-D lag af molybdændisulfid, og 2-D perovskites, der for nylig har tiltrukket sig masser af opmærksomhed fra videnskabsmænd. Disse materialer er et atom tykke krystaller med 2-D elektroniske egenskaber. Forskere mener, at de kan bruges til udvikling af nye enheder.

"Vi studerede 2-D cadmium telluride CdTe og opdagede en uventet effekt af spontan foldning af dets ultratynde (kun 1 nm) ark, der også kaldes kolloide kvantebrønde, " sagde Roman Vasiliev, medforfatter til værket, Ph.D. for kemividenskab, og lektor ved Det Kemiske Fakultet og Det Materialvidenskabelige Fakultet, MSU.

Kolloide kvantebrønde er en ny generation af kolloide kvanteprikker. Kvanteprikker udmærker sig ved deres selvlysende egenskaber og bruges i kommercielle enheder, såsom tv-apparater. Kvantebrønde, en 2-D type kvanteprikker, bliver studeret i dag, men vi ved allerede, at de har meget smalle luminescensbånd, hvilket er vigtigt for klar farvegengivelse i lysemitterende enheder.

Holdet studerede egenskaberne af 2-D plader af cadmiumtellurid ved at udveksle organiske molekyler knyttet til deres overflade og sikre stabiliteten af ​​nanopartikler. For at syntetisere 2-D cadmium tellurid, forskerne brugte den kolloide metode og fik dem i en kolbe. Forskerne opnåede cadmiumtellurid-nanopartikler i et organisk opløsningsmiddel i nærvær af overfladeaktive stoffer. Ved at ændre reaktionsbetingelserne, de dyrkede partiklerne til en nanometer tykke plader.

I første omgang, forfatterne til værket dyrkede flade 2-D ark dækket med oliesyre som stabilisator. Det lykkedes dem at skaffe ark med en længde på hundredvis af nanometer og en tykkelse på en nanometer. Holdet begyndte at erstatte molekylerne af oliesyre med andre organiske molekyler og analysere størrelser og former af de opnåede nanopartikler, samt deres sammensætning og krystalstruktur. På dette tidspunkt, de brugte et transmissionselektronmikroskop.

I løbet af studiet, holdet opdagede, at når en bestemt type stabilisator (thioler) bruges, flade plader af cadmiumtellurid foldes pludselig til perfekte ruller. Når den er fastgjort til overfladen af ​​et ark, thiolmolekyler øger dens tykkelse med et enkeltlag (0,15 nm) og forårsager mekaniske spændinger, få arket til at folde i en bestemt krystallografisk retning. Foldningen finder sted for alle nanopartikler på én gang, og foldens radius er den samme for alle nanostrukturer.

"Undersøgelsen åbner nye muligheder for manipulationer af 2-D materialer og nanopartikler. Foldeeffekten kom som en overraskelse for os. Den ligner processen med at lave origami, men i dette tilfælde, arkene er en nanometer tykke. At vide, hvordan man ændrer rumlig form af nanopartikler, vi kunne bruge dem til fremstilling af optiske materialer med anisotropisk adfærd og polariseret luminescens. Vi kunne skabe aktive lysemitterende matricer til skærme, der ville reducere energiforbruget og øge lysstyrken og intensiteten af ​​forskellige enheder. Måske, vi kunne også udvikle nye nano-enheder, for eksempel, rørformede transistorer. Disse interessante egenskaber kan være nyttige i nye generationer af lysemitterende og sensorenheder, såvel som inden for optiske og optoelektroniske teknologier og nanoteknologier, " konkluderede videnskabsmanden.