Produire facilement des matériaux 2D volumineux et propres : il suffit de KISS

01 juin 2023 (Actualités Nanowerk) Depuis la découverte de la forme bidimensionnelle du graphite (appelée graphène) il y a près de vingt ans, l'intérêt pour Matériaux 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 la synthèse monocouche in situ (KISS) a été décrite dans la revue Sciences avancées (“In situ exfoliation method of large-area 2D materials”). Représentation artistique de l’expérience d’exfoliation et de photoémission KISS. Le matériau 2D est séparé du cristal parent en raison d’une interaction plus forte avec le substrat. La lumière UV est utilisée pour photoémettre des électrons, permettant ainsi des études de la structure électronique par imagerie directe des bandes électroniques, comme on le voit en arrière-plan. (Image : Antonija Grubišić-Čabo et Dina Maniar, Université de Groningue)
Les matériaux 2D ont des propriétés physiques qui ne sont pas partagées par les matériaux en vrac. Le confinement des porteurs de charge en est une des raisons. Il existe deux manières de produire ces matériaux 2D : exfolier un cristal plus gros ou faire croître une couche 2D. L’exfoliation consiste à décoller les couches d’un cristal plus gros jusqu’à ce qu’il ne vous reste plus qu’une seule couche.
«Ce processus prend du temps et nécessite des compétences et des équipements spécifiques», explique Antonija Grubišić-Čabo, spécialiste des surfaces à l'Université de Groningen (Pays-Bas) et premier auteur de l'étude. Sciences avancées papier. «De plus, il en résulte souvent de très petits flocons, alors que le ruban adhésif utilisé peut laisser des polymères sur leurs surfaces.»
Cultiver des films 2D est une autre approche. Cela permet la production de grands échantillons dans des conditions contrôlées. « Cependant, il faut souvent beaucoup de temps pour déterminer comment développer de tels matériaux 2D. Et le processus n’aboutit pas toujours à une couche parfaite », explique Grubišić-Čabo. Avec le dernier auteur Maciej Dendzik, elle a réuni une « équipe de rêve » composée de collègues, dont beaucoup avaient déjà travaillé ensemble à l'Université d'Aarhus (Danemark) en tant qu'étudiants en doctorat, pour développer une technique simple de production de matériaux 2D.
«Nous connaissions certaines expériences dans lesquelles des films d'or étaient utilisés pour exfolier des matériaux en vrac. Mais celles-ci ont été principalement réalisées dans l'air, ce qui signifie que cette technique n'est pas très adaptée aux matériaux sensibles à l'air, ni à la recherche scientifique sur les surfaces.» L'équipe souhaitait une technique qui permettrait de produire des matériaux 2D sensibles à l'air sur une gamme de substrats. . Lors de leur première tentative, ils ont utilisé un cristal d’or dans une chambre à vide poussé. "En gros, nous avons frappé le cristal sur un matériau en vrac et avons découvert qu'une belle couche 2D collait à l'or." La raison pour laquelle cela se produit n'est pas encore claire, mais l'équipe soupçonne que le lien avec l'or est plus fort que la force de Van der Waals qui le maintient. les couches du cristal en vrac ensemble. Cette image montre la configuration pour la synthèse cinétique monocouche in situ (KISS). Le matériau en vrac est placé sur un porte-échantillon doté d'un ressort pour réguler l'impact (flèche jaune). Il est ensuite pressé contre le cristal d'or (l'anneau légèrement plus brillant sous la flèche bleue). Après libération, une couche 2D sera fixée au substrat en or. (Image : Antonija Grubišić-Čabo, Université de Groningue)
Ils ont capitalisé sur cette première expérience, en ajoutant un ressort à la platine avec le matériau en vrac qui fait office d'amortisseur et permet ainsi de mieux contrôler l'impact du cristal d'or. En outre, l’équipe a montré que l’argent et le germanium semi-conducteur pouvaient être utilisés comme substrat pour décoller les matériaux 2D.
« Les cristaux d’or sont un élément standard dans les laboratoires de sciences des surfaces, où ils sont utilisés par exemple pour l’étalonnage des instruments. Les scientifiques n’aiment pas endommager ces cristaux, mais cela ne s’est pas produit dans ces expériences », explique Grubišić-Čabo. « Et nous avons depuis modifié le protocole pour utiliser des films minces d’or monocristallin. Cela présente l’avantage supplémentaire de pouvoir dissoudre l’or afin que nous puissions isoler l’échantillon 2D, à condition qu’il soit stable dans l’air ou dans un liquide.
Ces échantillons isolés pourront être utilisés pour l'étape suivante : construire des dispositifs à partir des matériaux 2D qui seront produits à l'aide de la technique KISS. « Ce n’est pas encore possible, mais nous y travaillons », déclare Grubišić-Čabo. «Nous disposons donc d’une technique permettant de produire de grands échantillons 2D très propres, d’une manière très simple, ce qui nous permet de créer des matériaux 2D sensibles à l’air.» De plus, notre technique utilise un équipement standard présent dans pratiquement tous les laboratoires de sciences des surfaces.

• Contenu propulsé par le référencement et distribution de relations publiques. Soyez amplifié aujourd'hui.
• PlatoAiStream. Intelligence des données Web3. Connaissance Amplifiée. Accéder ici.
• Frapper l'avenir avec Adryenn Ashley. Accéder ici.
• Achetez et vendez des actions de sociétés PRE-IPO avec PREIPO®. Accéder ici.
• La source: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63092.php