أصبح إنتاج مواد ثنائية الأبعاد كبيرة ونظيفة أمرًا سهلاً: فقط قبلة

01 يونيو 2023 (أخبار Nanowerk) منذ اكتشاف الشكل ثنائي الأبعاد للجرافيت (يسمى الجرافين) منذ ما يقرب من عشرين عامًا، الاهتمام بـ مواد 2D with their special physical properties has skyrocketed. Famously, graphene was produced by exfoliating bulk graphite using sticky tape. Although it was good enough for a Nobel Prize, this method has its drawbacks. An international team of surface scientists has now developed a simple method to produce large and very clean 2D samples from a range of materials using three different substrates.
Their method, kinetic تم وصف التوليف أحادي الطبقة في الموقع (KISS) في المجلة العلوم المتقدمة (“In situ exfoliation method of large-area 2D materials”). تصوير فني لتقشير KISS وتجربة الانبعاث الضوئي. يتم فصل المادة ثنائية الأبعاد عن البلورة الأصلية بسبب التفاعل الأقوى مع الركيزة. يُستخدم ضوء الأشعة فوق البنفسجية لإصدار الإلكترونات ضوئيًا مما يسمح بدراسة البنية الإلكترونية عن طريق التصوير المباشر للنطاقات الإلكترونية، كما يظهر في الخلفية. (الصورة: أنطونيا جروبيسيتش-كابو ودينا مانيار، جامعة جرونينجن)
تتمتع المواد ثنائية الأبعاد بخصائص فيزيائية لا تتقاسمها المواد السائبة. ويعد حبس حاملات الشحنة أحد أسباب ذلك. هناك طريقتان لإنتاج هذه المواد ثنائية الأبعاد: تقشير بلورة أكبر أو زراعة طبقة ثنائية الأبعاد. التقشير يعني تقشير طبقات من بلورة أكبر حتى يتبقى لديك طبقة واحدة فقط.
تقول أنتونيا جروبيسيتش-كابو، عالمة الأسطح في جامعة جرونينجن (هولندا) والمؤلفة الأولى لبحث: "تستغرق هذه العملية وقتًا طويلاً وتتطلب مهارات ومعدات محددة". العلوم المتقدمة ورق. "علاوة على ذلك، غالبًا ما يؤدي ذلك إلى ظهور رقائق صغيرة جدًا، في حين أن الشريط اللاصق المستخدم يمكن أن يترك البوليمرات على أسطحها."
إن زراعة الأفلام ثنائية الأبعاد هي طريقة أخرى. وهذا يسمح بإنتاج عينات كبيرة في ظل ظروف خاضعة للرقابة. ومع ذلك، غالبًا ما يستغرق الأمر الكثير من الوقت لمعرفة كيفية زراعة مثل هذه المواد ثنائية الأبعاد. ويقول جروبيسيتش-كابو: "لا تؤدي العملية دائمًا إلى طبقة مثالية". قامت بالتعاون مع المؤلف الأخير ماسيج دندزيك، بتجميع "فريق الأحلام" من الزملاء، الذين عمل العديد منهم معًا سابقًا في جامعة آرهوس (الدنمارك) كطلاب دكتوراه، لتطوير تقنية بسيطة لإنتاج مواد ثنائية الأبعاد.
"لقد علمنا ببعض التجارب التي استخدمت فيها أفلام الذهب لتقشير المواد السائبة. ولكن تم إجراؤها بشكل أساسي في الهواء، مما يعني أن هذه التقنية ليست مناسبة جدًا للمواد الحساسة للهواء، أو لأبحاث علوم السطح. أراد الفريق تقنية تسمح بإنتاج مواد ثنائية الأبعاد حساسة للهواء على مجموعة من الركائز. في محاولتهم الأولى، استخدموا بلورة ذهبية في غرفة مفرغة عالية. "لقد قمنا بضرب البلورة على المواد السائبة واكتشفنا أن هناك طبقة ثنائية الأبعاد لطيفة ملتصقة بالذهب." سبب حدوث ذلك ليس واضحًا بعد، لكن الفريق يشتبه في أن الارتباط بالذهب أقوى من قوة فان دير فال التي تحافظ على طبقات البلورة معًا. تُظهر هذه الصورة الإعداد للتوليف الحركي في الموقع أحادي الطبقة (KISS). يتم وضع المادة السائبة على حامل العينة المزود بزنبرك لتنظيم التأثير (السهم الأصفر). ثم يتم ضغطه على البلورة الذهبية (الحلقة الأكثر سطوعًا قليلاً أسفل السهم الأزرق). بعد التحرير، سيتم ربط طبقة ثنائية الأبعاد بالركيزة الذهبية. (الصورة: أنطونيا جروبيسيتش-كابو، جامعة جرونينجن)
لقد اعتمدوا على هذه التجربة الأولى، حيث أضافوا زنبركًا إلى المسرح مع المادة السائبة التي تعمل كممتص للصدمات، وبالتالي تسمح بتحكم أفضل في تأثير الكريستال الذهبي. علاوة على ذلك، أظهر الفريق أنه يمكن استخدام كل من الفضة والجرمانيوم شبه الموصل كركيزة لتقشير المواد ثنائية الأبعاد.
تعد بلورات الذهب ميزة قياسية في مختبرات علوم الأسطح، حيث يتم استخدامها في معايرة الأدوات، على سبيل المثال. يقول جروبيسيتش-كابو: "لا يحب العلماء إتلاف هذه البلورات، لكن هذا لم يحدث في هذه التجارب". "ولقد قمنا منذ ذلك الحين بتغيير البروتوكول لاستخدام أغشية رقيقة من الذهب البلوري. وهذا له ميزة إضافية تتمثل في القدرة على إذابة الذهب حتى نتمكن من عزل العينة ثنائية الأبعاد، طالما أنها مستقرة في الهواء أو السائل.
ويمكن استخدام هذه العينات المعزولة في المرحلة التالية: بناء الأجهزة من المواد ثنائية الأبعاد التي سيتم إنتاجها باستخدام تقنية KISS. يقول جروبيسيتش-كابو: "هذا ليس ممكنًا بعد، ولكننا نعمل على تحقيقه". "لذا، ما لدينا هو تقنية لإنتاج عينات نظيفة وكبيرة ثنائية الأبعاد بطريقة بسيطة للغاية، مما يسمح لنا بإنشاء مواد ثنائية الأبعاد حساسة للهواء. علاوة على ذلك، تستخدم تقنيتنا معدات قياسية موجودة في كل مختبر علوم الأسطح تقريبًا.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• أفلاطونايستريم. ذكاء بيانات Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• سك المستقبل مع أدرين أشلي. الوصول هنا.
• شراء وبيع الأسهم في شركات ما قبل الاكتتاب مع PREIPO®. الوصول هنا.
• المصدر https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63092.php