Industriel produktion af lagmaterialer via mellemstøttet slibning

Et stort antal 2-D materialer, herunder grafen, sekskantet bornitrid (h-BN), overgangsmetal -dichalcogenider (TMDC'er) som MoS ₂ og WSe ₂ , metaloxider (MxOy), sort phosphoren (b-P), etc, tilbyde en bred vifte af ejendomme og mange potentielle applikationer, Men for fuldt ud at realisere deres kommercielle brug, forudsætningen er storstilet produktion.

Bottom-up strategier som kemisk dampaflejring (CVD) og kemisk syntese er blevet grundigt undersøgt, men kun små mængder 2-D materialer er blevet produceret indtil nu. En anden vigtig strategi for at opnå 2-D-materialer er fra en top-down-vej ved at eksfoliere bulklagsmaterialer til monolag eller få lag 2-D-materialer, såsom kuglefræsning, eksfoliering af flydende fase, osv. Det ser ud til, at top-down strategier højst sandsynligt bliver opskaleret; imidlertid, de er kun velegnede til bestemte materialer. Indtil nu, kun grafen og grafenoxid kan fremstilles på ton -niveau, mens for andre 2-D materialer, de forbliver stadig i laboratorietilstand på grund af det lave udbytte. Derfor, det er nødvendigt at udvikle en højeffektiv og billig forberedelsesmetode af 2-D-materialer for at komme videre fra laboratoriet til vores daglige liv.

Svigt i faste smøremidler skyldes glidning mellem lag af bulkmaterialer, og resultatet af glidningen er, at massematerialerne skrælles af til færre lag. Baseret på denne forståelse, i en ny forskningsartikel offentliggjort i Beijing-baserede National Science Review , lavdimensionelle materialer og enheder-laboratoriet ledet af professor Hui-Ming Cheng og professor Bilu Liu fra Tsinghua University foreslog en eksfolieringsteknologi, der hedder interMediate-Assisted Grinding Exfoliation (iMAGE). Nøglen til denne eksfolieringsteknologi er at bruge mellemliggende materialer, der øger friktionskoefficienten for blandingen og effektivt påfører glidende friktionskræfter på lagmaterialet, resulterer i en dramatisk øget eksfolieringseffektivitet.

I betragtning af tilfældet med 2-D h-BN, produktionshastigheden og energiforbruget kan nå 0,3 g t ^-1 og 3.01 × 10 ⁶ J g ^-1 , henholdsvis, som begge er en til to størrelsesordener bedre end tidligere resultater. De resulterende eksfolierede 2-D h-BN-flager har en gennemsnitlig tykkelse på 4 nm og en gennemsnitlig sidestørrelse på 1,2 μm. Udover, denne iMAGE -metode er blevet udvidet til at eksfoliere en række lagmaterialer med forskellige egenskaber, herunder grafit, Bi ₂ Te ₃ , b-P, MoS ₂ , TiOx, h-BN, og glimmer, dækker 2-D metaller, halvledere med forskellige båndgab, og isolatorer.

Det er værd at nævne, at med samarbejdet med Luoyang Shenyu Molybdenum Co.Ltd., molybdenitkoncentrat, et naturligt eksisterende billigt og jordrigt mineral, blev brugt som en demo til industriel skala eksfoliering af 2-D MoS ₂ flager.

"Det er første gang, at andre 2-D-materialer end grafen er blevet produceret med et udbytte på mere end 50% og en produktionshastighed på over 0,1 g h-1. Og en årlig produktionskapacitet på 2-D h-BN forventes at overstige 10 tons af vores iMAGE -teknologi. " Professor Bilu Liu, en af ​​de førende forfattere til denne undersøgelse, sagde, "Vores iMAGE-teknologi overvinder en hovedudfordring i 2-D-materialer, dvs. deres masseproduktion, og forventes at fremskynde deres kommercialisering inden for en lang række applikationer inden for elektronik, energi, og andre."