Suurten, puhtaiden 2D-materiaalien valmistaminen on helppoa: vain KISS

01. kesäkuuta 2023 (Nanowerk-uutiset) Siitä lähtien, kun grafiitin kaksiulotteinen muoto (ns grafeeni) lähes kaksikymmentä vuotta sitten kiinnostusta 2D-materiaalit 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 in situ yksikerrossynteesi (KISS) kuvattiin lehdessä Edistynyt tiede (“In situ exfoliation method of large-area 2D materials”). Taiteellinen kuvaus KISS-kuorinnasta ja fotoemission kokeesta. 2D-materiaali erottuu peruskiteestä vahvemman vuorovaikutuksen ansiosta substraatin kanssa. UV-valoa käytetään elektronien fotoemitointiin, mikä mahdollistaa elektronisen rakenteen tutkimukset suoraan kuvantamalla elektronisia kaistoja, kuten taustalla näkyy. (Kuva: Antonija Grubišić-Čabo ja Dina Maniar, Groningenin yliopisto)
2D-materiaaleilla on fyysisiä ominaisuuksia, joita bulkkimateriaalilla ei ole. Varauksenkuljettajien rajoitus on yksi syy tähän. Näitä 2D-materiaaleja voidaan tuottaa kahdella tavalla: kuorimalla suurempi kristalli tai kasvattamalla 2D-kerros. Kuorinta tarkoittaa kerrosten kuorimista pois suuremmasta kristallista, kunnes jäljellä on enää yksi kerros.
"Tämä prosessi on aikaa vievä ja vaatii erityisiä taitoja ja laitteita", sanoo Antonija Grubišić-Čabo, pintatutkija Groningenin yliopistosta (Alankomaat) ja ensimmäinen kirjoittaja. Edistynyt tiede paperi. "Lisäksi siitä syntyy usein hyvin pieniä hiutaleita, kun taas käytetty teippi voi jättää polymeerejä pinnoilleen."
2D-elokuvien kasvattaminen on toinen lähestymistapa. Tämä mahdollistaa suurten näytteiden tuotannon valvotuissa olosuhteissa. ”Tällaisten 2D-materiaalien kasvattaminen vie kuitenkin usein paljon aikaa. Ja prosessi ei aina johda täydelliseen kerrokseen", Grubišić-Čabo sanoo. Yhdessä edellisen kirjoittajan Maciej Dendzikin kanssa hän kokosi "unelmatiimin" kollegoista, joista monet olivat aiemmin työskennelleet yhdessä Århusin yliopistossa (Tanska) tohtoriopiskelijoina kehittääkseen yksinkertaisen tekniikan 2D-materiaalien tuotantoon.
"Tiesimme joistakin kokeista, joissa kultakalvoja käytettiin irtomateriaalin kuorimiseen. Mutta nämä tehtiin pääasiassa ilmassa, mikä tarkoittaa, että tämä tekniikka ei ole kovin sopiva ilmaherkkiin materiaaleihin tai pintatieteelliseen tutkimukseen. Tiimi halusi tekniikan, joka mahdollistaisi ilmalle herkkien 2D-materiaalien tuotannon useille alustoille. Ensimmäisellä yrityksellään he käyttivät kultakidettä korkeatyhjökammiossa. "Pohjimmiltaan löimme kristallin bulkkimateriaaliin ja huomasimme, että kultaan tarttui hieno 2D-kerros." Miksi näin tapahtuu, ei ole vielä selvää, mutta tiimi epäilee, että sidos kultaan on vahvempi kuin Van der Waalsin voima, joka pitää bulkkikiteen kerrokset yhdessä. Tämä kuva näyttää kineettisen in situ yksikerroksisen synteesin (KISS) asetukset. Irtotavara asetetaan näytepidikkeeseen, jossa on jousi iskun säätämiseksi (keltainen nuoli). Sitten se painetaan kultakitettä vasten (hieman kirkkaampi rengas sinisen nuolen alla). Vapautumisen jälkeen kultasubstraattiin kiinnitetään 2D-kerros. (Kuva: Antonija Grubišić-Čabo, Groningenin yliopisto)
He ovat rakentaneet tämän ensimmäisen kokeen ja lisänneet lavalle bulkkimateriaalia sisältävän jousen, joka toimii iskunvaimentimena ja mahdollistaa siten paremman kultakiteen iskun hallinnan. Lisäksi ryhmä osoitti, että sekä hopeaa että puolijohdegermaniumia voidaan käyttää substraattina 2D-materiaalien kuorimiseen.
– Kultakiteet ovat vakiovarusteena pintatieteellisissä laboratorioissa, joissa niitä käytetään esimerkiksi instrumenttien kalibroinnissa. Tiedemiehet eivät halua vahingoittaa näitä kiteitä, mutta niin ei tapahtunut näissä kokeissa", Grubišić-Čabo sanoo. "Ja olemme sittemmin muuttaneet protokollaa käyttämään yksikidekultaisia ​​ohuita kalvoja. Tällä on se lisäetu, että se pystyy liuottamaan kullan, jotta voimme eristää 2D-näytteen, kunhan se on stabiili ilmassa tai nesteessä.
Näitä eristettyjä näytteitä voidaan käyttää seuraavassa vaiheessa: laitteiden rakentamisessa 2D-materiaaleista, jotka valmistetaan KISS-tekniikalla. "Tämä ei ole vielä mahdollista, mutta työskentelemme sen eteen", Grubišić-Čabo sanoo. "Meillä on siis tekniikka, jolla voidaan tuottaa erittäin puhtaita, suuria 2D-näytteitä hyvin yksinkertaisella tavalla, jonka avulla voimme luoda ilmalle herkkiä 2D-materiaaleja. Lisäksi tekniikkamme käyttää vakiolaitteita, joita on käytännössä kaikissa pintatieteen laboratorioissa.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Tulevaisuuden lyöminen Adryenn Ashley. Pääsy tästä.
• Osta ja myy osakkeita PRE-IPO-yhtiöissä PREIPO®:lla. Pääsy tästä.
• Lähde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63092.php