Forskere finder en ny måde at rulle atomisk tynde nanoark til ruller

Forskere fra Tokyo Metropolitan University har fundet på en ny måde at rulle atomisk tynde ark af atomer til "nanoscrolls". Deres unikke tilgang bruger overgangsmetal dichalcogenid-plader med en anden sammensætning på begge sider, hvilket skaber en stram rulle, der giver ruller ned til fem nanometer i diameter i midten og mikrometer i længden. Kontrol over nanostrukturen i disse ruller lover nye udviklinger inden for katalyse og fotovoltaiske enheder.

Nanoteknologi giver os nye værktøjer til at kontrollere strukturen af ​​materialer på nanoskala og lover et helt nanoværktøjssæt for ingeniører til at skabe næste generations materialer og enheder.

I spidsen for denne bevægelse har et hold ledet af lektor Yasumitsu Miyata fra Tokyo Metropolitan University studeret måder at kontrollere strukturen af ​​overgangsmetal dichalcogenider (TMDC), en klasse af forbindelser med en lang række interessante egenskaber, såsom fleksibilitet , superledningsevne og unik optisk absorbans.

I deres seneste arbejde, udgivet i ACS Nano de satte blikket mod nye måder at lave nanoscrolls på, nanosheets rullet op i stramme scroll-lignende strukturer. Dette er en attraktiv tilgang til fremstilling af flervæggede strukturer:da strukturen af ​​hvert ark er den samme, er orienteringerne af individuelle lag justeret med hinanden. Men de to eksisterende måder at lave nanoscroll på har betydelige problemer.

I en, fjernelse af svovlatomer fra overfladen af ​​nanoarket skaber forvrængninger, der får arket til at rulle op; men ved at gøre det ødelægger de arkets krystalstruktur. I den anden indføres et opløsningsmiddel mellem nanoarket og substratet, hvilket løsner arket fra bunden og tillader dannelsen af ​​fejlfrie nanoscrolls. Imidlertid har rørformede strukturer lavet som denne en tendens til at have store diametre.

I stedet for fremgangsmåder som denne, har teamet fundet på en ny måde at få ark til at rulle op. Startende med et monolag molybdæn selenid nanoark behandlede de nanoarket med et plasma og erstattede selenatomerne på den ene side med svovl; sådanne strukturer kaldes Janus nanosheets efter den gamle gud med to ansigter. Forsigtig tilsætning af et opløsningsmiddel løsner derefter arkene fra bunden, som derefter spontant ruller til ruller på grund af asymmetrien mellem siderne.

Disse nye nanoscrolls er flere mikrometer lange, betydeligt længere end tidligere fremstillede enkeltvæggede TMDC nanoark. Desuden viste de sig at være mere stramt rullet end nogensinde før, med et center ned til fem nanometer i diameter, hvilket levede op til teoretiske forventninger. Det viste sig også, at rullerne interagerer stærkt med polariseret lys og har brintproducerende egenskaber.

Med hidtil uset kontrol over nanostruktur danner holdets nye metode grundlaget for at studere nye anvendelser af TMDC nanoscrolls til katalyse og fotovoltaiske enheder.

Flere oplysninger: Masahiko Kaneda et al, Nanoscrolls of Janus Monolayer Transition Metal Dichalcogenides, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c05681

Leveret af Tokyo Metropolitan University