Næste generation af syntetiske kovalente 2-D materialer afsløret

Et team af forskere ved National Graphene Institute ved University of Manchester har udviklet en ny metode til at syntetisere 2-D materialer, der menes at være umulige eller, i det mindste, uopnåelig med nuværende teknologier.

Grafen var verdens første todimensionelle materiale, som efterfølgende åbnede portene for isolering af andre todimensionelle materialer.

Grafen og andre 2-D-materialer har normalt et 3-D-modstykke kendt som en 'bulkalog'. For eksempel er grafen et enkelt lag af kulstofatomer afledt af grafit.

For nylig, der har været en stigende interesse for fremstilling af syntetiske 2-D materialer, der ikke har nogen lagdelt bulkalog. Forskere er begyndt at se på 2-D materialer, der ikke har en 3-D modstykke.

Traditionelt, 2D-materialer isoleres ved en proces, der kaldes mekanisk eksfoliering - idet man tager bulkmaterialet og eksfolierer lagene fra hinanden, indtil et enkelt lag er opnået.

I modsætning til disse lagdelte krystaller, de materialer, der ikke har nogen lagdelte strukturer, holdes sammen af ​​kovalente bindinger mellem atomplanerne, som ikke tillader mekanisk eksfoliering.

Som offentliggjort i Nano bogstaver , ved at bruge kemisk omdannelse, holdet på universitetet var i stand til at omdanne lag af eksisterende lagdelte materialer til et nyt kovalent todimensionelt materiale. Som et eksempel, mekanisk eksfolieret 2-D indium selenid (InSe) omdannes til atomisk tyndt indiumfluorid (InF3), som har en ikke-lagdelt struktur og derfor ikke kan opnås ved eksfoliering, ved en fluoreringsproces.

Effektivt, den foreslåede kemiske konverteringsstrategi for 2-D-materiale er intet andet end at sy atomlag af eksisterende 2-D-materialer sammen ved kemisk modifikation.

Det opnåede nye 2-D indiumfluorid er en halvleder, udviser høj optisk gennemsigtighed på tværs af de synlige og infrarøde spektralområder og kan potentielt bruges som et 2-D glas.

Professor Rahul Nair ved National Graphene Institute og Institut for Kemiteknik og Analytisk Videnskab, der ledede holdet, sagde:"Kemisk modifikation af materialer har vist sig at være et kraftfuldt værktøj til at opnå nye materialer med ønskede og ofte usædvanlige egenskaber. Der er stadig yderligere arbejde skal udføres for at forstå kemisk omdannelse af 2-D materialer på atomær skala, herunder effekter af relativ orientering og synergi mellem individuelle atomlag på deres kemiske reaktivitet. Vi mener, at vores arbejde giver et betydeligt fremskridt inden for materialevidenskab og er en klar milepæl i udviklingen af ​​kunstige 2D-materialer."

Vishnu Sreepal, som ledede eksperimenterne, og hovedforfatteren af ​​dette papir sagde "Vores arbejde viser klart muligheden for at skabe kunstige 2-D kovalente materialer. Processen er kontrollerbar, nem at udføre og meget effektiv. Ved præcist at kontrollere tykkelsen af ​​start-2-D-lagene kan tykkelsen af ​​de nye kovalente 2-D-materialer kontrolleres med en præcision i atom-skala. Det nye kovalente 2-D-materiale kan også kontrolleres doteret med dopingmidler".

"Vi demonstrerer også skalerbarheden af ​​vores tilgang ved kemisk omdannelse af store områder, tynde InSe-film til InF3-film." holdet forudser, at en sådan kemisk omdannelse kan udvides til van der Waals heterostrukturer for at opnå kunstige hetero-kovalente faste stoffer.

Ved at lægge atomer i lag i en præcist valgt sekvens kendt som heterostrukturer, designermaterialer med bestemte egenskaber kan skabes, som ikke forekommer naturligt og tilbyder specificerede kvaliteter. Forskere samler disse nye materialer i sekvenser, der er relevante for deres tilsigtede anvendelse, i en proces, der ligner stabling af legoklodser. Ved at demonstrere muligheden for 2-D kovalente faste stoffer, forskere har nu flere 'legos' på deres legeplads for at skabe nye materialer med specialfremstillede egenskaber.