Memproduksi material 2D yang besar dan bersih menjadi mudah: cukup KISS

01 Jun 2023 (Berita Nanowerk) Sejak ditemukannya bentuk grafit dua dimensi (disebut graphene) hampir dua puluh tahun yang lalu, minat Bahan 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 sintesis lapisan tunggal in situ (KISS) dijelaskan dalam jurnal Ilmu Pengetahuan Lanjut (“In situ exfoliation method of large-area 2D materials”). Penggambaran artistik eksperimen pengelupasan kulit dan emisi foto KISS. Materi 2D terpisah dari kristal induk karena interaksi yang lebih kuat dengan substrat. Sinar UV digunakan untuk memancarkan foto elektron sehingga memungkinkan studi struktur elektronik dengan pencitraan langsung pita elektronik, seperti yang terlihat di latar belakang. (Gambar: Antonija Grubišić-Čabo dan Dina Maniar, Universitas Groningen)
Material 2D memiliki sifat fisik yang tidak dimiliki oleh material curah. Keterbatasan pembawa muatan adalah salah satu alasannya. Ada dua cara untuk menghasilkan bahan 2D ini: mengelupas kristal yang lebih besar atau menumbuhkan lapisan 2D. Pengelupasan kulit berarti mengelupas lapisan dari kristal yang lebih besar hingga hanya tersisa satu lapisan.
'Proses ini memakan waktu dan memerlukan keterampilan dan peralatan khusus,' kata Antonija Grubišić-Čabo, ilmuwan permukaan di Universitas Groningen (Belanda) dan penulis pertama makalah ini. Ilmu Pengetahuan Lanjut kertas. 'Selain itu, seringkali menghasilkan serpihan yang sangat kecil, sedangkan pita perekat yang digunakan dapat meninggalkan polimer pada permukaannya.'
Menumbuhkan film 2D adalah pendekatan lain. Hal ini memungkinkan produksi sampel besar dalam kondisi terkendali. 'Namun, seringkali dibutuhkan banyak waktu untuk mengetahui cara menumbuhkan material 2D tersebut. Dan prosesnya tidak selalu menghasilkan lapisan yang sempurna,' kata Grubišić-Čabo. Bersama dengan penulis terakhir Maciej Dendzik, dia membentuk 'tim impian' yang terdiri dari rekan-rekannya, banyak di antaranya sebelumnya pernah bekerja bersama di Universitas Aarhus (Denmark) sebagai mahasiswa PhD, untuk mengembangkan teknik sederhana untuk produksi materi 2D.
'Kami mengetahui beberapa eksperimen di mana film emas digunakan untuk mengelupas material curah. Namun teknik ini sebagian besar dilakukan di udara, sehingga teknik ini tidak cocok untuk material yang sensitif terhadap udara, atau untuk penelitian ilmu permukaan.' Tim menginginkan teknik yang memungkinkan produksi material 2D yang peka terhadap udara pada berbagai substrat. Dalam percobaan pertama, mereka menggunakan kristal emas di ruang vakum tinggi. 'Kami pada dasarnya membanting kristal pada material curah dan menemukan bahwa lapisan 2D yang bagus menempel pada emas.' Mengapa hal ini terjadi masih belum jelas, namun tim menduga bahwa ikatan dengan emas lebih kuat daripada gaya Van der Waals yang menyatukan lapisan-lapisan dalam kristal curah. Gambar ini menunjukkan pengaturan untuk sintesis lapisan tunggal kinetik in situ (KISS). Bahan curah ditempatkan pada tempat sampel dengan pegas untuk mengatur tumbukan (panah kuning). Kemudian ditekan pada kristal emas (cincin yang sedikit lebih terang di bawah panah biru). Setelah dilepaskan, lapisan 2D akan ditempelkan pada substrat emas. (Gambar: Antonija Grubišić-Čabo, Universitas Groningen)
Mereka membangun eksperimen pertama ini, menambahkan pegas ke panggung dengan material curah yang berfungsi sebagai peredam kejut sehingga memungkinkan kontrol yang lebih baik terhadap dampak kristal emas. Lebih lanjut, tim menunjukkan bahwa perak dan semikonduktor germanium dapat digunakan sebagai substrat untuk mengupas material 2D.
'Kristal emas adalah fitur standar di laboratorium ilmu permukaan, misalnya digunakan dalam kalibrasi instrumen. Para ilmuwan tidak suka merusak kristal-kristal ini, tapi hal itu tidak terjadi dalam eksperimen ini,' kata Grubišić-Čabo. 'Dan kami telah mengubah protokol untuk menggunakan film tipis emas kristal tunggal. Keuntungan tambahannya adalah kemampuan melarutkan emas sehingga kita dapat mengisolasi sampel 2D, asalkan stabil di udara atau cairan.'
Sampel yang diisolasi ini dapat digunakan untuk tahap berikutnya: membuat perangkat dari bahan 2D yang akan diproduksi menggunakan teknik KISS. 'Hal ini belum memungkinkan, namun kami sedang mengupayakannya,' kata Grubišić-Čabo. 'Jadi, apa yang kami miliki adalah teknik untuk menghasilkan sampel 2D yang sangat bersih dan besar dengan cara yang sangat sederhana, yang memungkinkan kami membuat material 2D yang peka terhadap udara. Selain itu, teknik kami menggunakan peralatan standar yang ada di hampir setiap laboratorium ilmu permukaan.'

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoAiStream. Kecerdasan Data Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Mencetak Masa Depan bersama Adryenn Ashley. Akses Di Sini.
• Beli dan Jual Saham di Perusahaan PRE-IPO dengan PREIPO®. Akses Di Sini.
• Sumber: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63092.php