Nagyméretű, tiszta 2D anyagok előállítása egyszerűen: csak KISS

01. június 2023. (Nanowerk News) A grafit kétdimenziós formájának felfedezése óta (úgy nevezett grafén) közel húsz évvel ezelőtt érdeklődést mutatott 2D anyagok különleges fizikai tulajdonságaikkal az egekbe szökött. Ismeretes, hogy a grafént ömlesztett grafit ragasztószalaggal történő hámlasztásával állították elő. Bár elég jó volt Nobel-díjra, ennek a módszernek megvannak a maga hátrányai. Felületkutatókból álló nemzetközi csapat most egy egyszerű módszert fejlesztett ki nagy és nagyon tiszta 2D minták előállítására számos anyagból három különböző szubsztrátum felhasználásával.
Módszerük, kinetikus folyóiratban leírták az in situ egyrétegű szintézist (KISS). Haladó tudomány („Nagy felületű 2D anyagok in situ hámlasztási módszere”). A KISS hámlasztás és fotoemissziós kísérlet művészi ábrázolása. A 2D anyag elválik az alapkristálytól a szubsztrátummal való erősebb kölcsönhatás miatt. UV fényt használnak az elektronok fotokibocsátására, ami lehetővé teszi az elektronikus szerkezet tanulmányozását az elektronikus sávok közvetlen leképezésével, ahogy a háttérben látható. (Kép: Antonija Grubišić-Čabo és Dina Maniar, Groningeni Egyetem)
A 2D-s anyagok olyan fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek az ömlesztett anyagokra nem jellemzőek. Ennek egyik oka a töltéshordozók bezártsága. Kétféleképpen lehet előállítani ezeket a 2D-s anyagokat: egy nagyobb kristály hámlasztásával vagy egy 2D réteg növesztésével. A hámlasztás azt jelenti, hogy egy nagyobb kristályról rétegeket húzunk le, amíg csak egy réteg marad.
"Ez a folyamat időigényes, és speciális készségeket és felszerelést igényel" - mondja Antonija Grubišić-Čabo, a Groningeni Egyetem (Hollandia) felszínkutatója és a tanulmány első szerzője. Haladó tudomány papír. "Továbbá gyakran nagyon kicsi pelyheket eredményez, miközben a használt ragasztószalag polimereket hagyhat a felületükön."
A 2D-s filmek termesztése egy másik megközelítés. Ez lehetővé teszi nagy minták előállítását ellenőrzött körülmények között. „Azonban gyakran sok időbe telik az ilyen 2D anyagok termesztésének kidolgozása. A folyamat pedig nem mindig eredményez tökéletes réteget” – mondja Grubišić-Čabo. Az utolsó szerzővel, Maciej Dendzikkel közösen összeállított egy „álomcsapatot” olyan kollégákból, akik közül sokan korábban az Aarhusi Egyetemen (Dánia) dolgoztak együtt PhD-hallgatóként, hogy egy egyszerű technikát dolgozzanak ki 2D anyagok előállítására.
„Tudtunk néhány olyan kísérletről, amelyben aranyfóliát használtak az ömlesztett anyag hámlasztására. De ezeket főleg levegőben végezték, ami azt jelenti, hogy ez a technika nem nagyon alkalmas levegőre érzékeny anyagokhoz, vagy felszíntudományi kutatásokhoz. A csapat olyan technikát akart, amely lehetővé teszi levegőre érzékeny 2D anyagok előállítását számos hordozón. Első kísérletükben aranykristályt használtak egy nagyvákuumkamrában. "Lényegében rácsaptuk a kristályt az ömlesztett anyagra, és felfedeztük, hogy egy szép 2D réteg tapadt az aranyhoz." Hogy ez miért történik, még nem világos, de a csapat azt gyanítja, hogy az arannyal való kötődés erősebb, mint a Van der Waals-erő, amely az ömlesztett kristály rétegeit egyben tartja. Ez a kép a kinetikus in situ egyrétegű szintézis (KISS) beállítását mutatja. Az ömlesztett anyagot egy rugóval ellátott mintatartóra helyezzük az ütközés szabályozására (sárga nyíl). Ezután az aranykristályhoz (a kék nyíl alatti, kissé világosabb gyűrűhöz) nyomják. A kiadás után egy 2D réteg kerül az arany hordozóra. (Kép: Antonija Grubišić-Čabo, Groningeni Egyetem)
Erre az első kísérletre építettek, és rugót adtak a színpadhoz az ömlesztett anyaggal, amely lengéscsillapítóként működik, és így lehetővé teszi az aranykristály becsapódásának jobb szabályozását. Ezenkívül a csapat kimutatta, hogy az ezüst és a félvezető germánium is felhasználható szubsztrátként a 2D anyagok leválasztására.
„Az aranykristályok alapfelszereltségnek számítanak a felszíntudományi laboratóriumokban, ahol például műszerek kalibrálására használják őket. A tudósok nem szeretik károsítani ezeket a kristályokat, de ezekben a kísérletekben ez nem történt meg” – mondja Grubišić-Čabo. – És azóta megváltoztattuk a protokollt, hogy egykristály arany vékony filmeket használjunk. Ennek megvan az az előnye, hogy képes feloldani az aranyat, így elkülöníthetjük a 2D mintát, amennyiben az stabil levegőben vagy folyadékban.
Ezeket az izolált mintákat a következő lépésben használhatjuk fel: olyan 2D anyagokból eszközöket építünk, amelyeket KISS technikával állítunk elő. „Ez még nem lehetséges, de dolgozunk rajta” – mondja Grubišić-Čabo. „Tehát egy olyan technikánk van, amellyel nagyon tiszta, nagy 2D-s mintákat állíthatunk elő nagyon egyszerű módon, ami lehetővé teszi levegőérzékeny 2D anyagok létrehozását. Ezen túlmenően technikánk olyan szabványos berendezéseket használ, amelyek gyakorlatilag minden felülettudományi laboratóriumban jelen vannak.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoAiStream. Web3 adatintelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• A jövő pénzverése – Adryenn Ashley. Hozzáférés itt.
• Részvények vásárlása és eladása PRE-IPO társaságokban a PREIPO® segítségével. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63092.php