Umuligt materiale gjort muligt inde i en grafen sandwich

Atomer binder sammen ved at dele elektroner. Måden det sker på afhænger af atomtyperne, men også af forhold som temperatur og tryk. I todimensionelle (2D) materialer, såsom grafen, forbinder atomer sig langs et plan for at danne strukturer, der kun er et atom tykt, hvilket fører til fascinerende egenskaber bestemt af kvantemekanik. Forskere ved universitetet i Wien har i samarbejde med universiteterne i Tübingen, Antwerpen og CY Cergy Paris sammen med Danubia NanoTech produceret et nyt 2D-materiale lavet af kobber- og jodatomer klemt mellem to grafenplader. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Advanced Materials .

Designet af nye materialer giver mulighed for enten forbedret effektivitet af kendte applikationer eller helt nye applikationer, der var uden for rækkevidde med de tidligere eksisterende materialer. Faktisk er titusindvis af konventionelle materialer såsom metaller og deres legeringer blevet identificeret i løbet af de sidste hundrede år. Et lignende antal mulige 2D-materialer er blevet forudsagt at eksistere, men indtil videre er kun en brøkdel af dem blevet produceret i eksperimenter. En årsag til dette er ustabiliteten af ​​mange af disse materialer under laboratorieforhold.

I den nylige undersøgelse syntetiserede forskerne 2D kobber(II)iodid, der blev stabiliseret i en grafensandwich, som det første eksempel på et materiale, der ellers ikke eksisterer under normale laboratorieforhold. Syntesen udnytter den store mellemlag mellem oxiderede grafen-multilag, som tillader jod- og kobberatomer at diffundere ind i mellemrummet og dyrke det nye materiale. Grafenlagene har her en vigtig rolle, der lægger et højt tryk på det sandwichede materiale, som dermed bliver stabiliseret. Den resulterende sandwichstruktur er vist i illustrationen.

"Som så ofte, da vi første gang så det nye materiale i vores mikroskopibilleder, var det en overraskelse", siger Kimmo Mustonen, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen. "Det tog os ret lang tid at finde ud af, hvad strukturen præcist var. Dette gjorde det muligt for os sammen med Danubia NanoTech-virksomheden, ledet af Viera Skákalová, at designe en kemisk proces til at producere den i stor skala", fortsætter han. At forstå strukturen var en fælles indsats af forskere fra universiteterne i Wien, Tübingen, Antwerpen og CY Cergy Paris. "Vi var nødt til at bruge adskillige elektronmikroskopiteknikker for at sikre, at vi virkelig så et monolag af kobber og jod og for at udtrække de nøjagtige atompositioner i 3D, inklusive de seneste metoder, vi for nylig har udviklet", tilføjer den anden hovedforfatter Christoph Hofer .

Efter 2D kobberiodidet har forskerne allerede udvidet syntesemetoden til at producere andre nye 2D-materialer. "Metoden ser ud til at være virkelig universel og giver adgang til snesevis af nye 2D-materialer. Det er virkelig spændende tider," slutter Kimmo Mustonen. + Udforsk yderligere

Atomisk skala skræddersyet grafen nærmer sig den makroskopiske verden