ייצור חומרים דו-ממדיים גדולים ונקיים בקלות: פשוט KISS

01 ביוני 2023 (חדשות Nanowerk) מאז גילוי הצורה הדו-ממדית של גרפיט (נקרא גרפן) לפני כמעט עשרים שנה, עניין ב חומרים דו מימדיים 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 סינתזה חד-שכבתית באתר (KISS) תוארה בכתב העת מדע מתקדם (“In situ exfoliation method of large-area 2D materials”). תיאור אמנותי של ניסוי פילינג ו-Photoemission של KISS. חומר דו-ממדי מופרד מהגביש האב עקב אינטראקציה חזקה יותר עם המצע. אור UV משמש לפליטת צילום אלקטרונים המאפשר מחקר של המבנה האלקטרוני על ידי הדמיה ישירה של הרצועות האלקטרוניות, כפי שניתן לראות ברקע. (תמונה: Antonija Grubišić-Čabo ודינה מניאר, אוניברסיטת חרונינגן)
לחומרים דו-ממדיים יש תכונות פיזיקליות שאינן משותפות לחומר בתפזורת. הכליאה של נושאי מטען היא אחת הסיבות לכך. ישנן שתי דרכים לייצר את החומרים הדו-ממדיים הללו: פילינג של גביש גדול יותר או גידול שכבה דו-ממדית. פילינג פירושו קילוף שכבות מקריסטל גדול יותר עד שנשארת עם שכבה אחת בלבד.
"תהליך זה גוזל זמן ודורש מיומנויות וציוד ספציפיים", אומרת אנטוניה גרובישיץ'-צ'אבו, מדענית שטח באוניברסיטת חרונינגן (הולנד) ומחברת ראשונה של הספר מדע מתקדם עיתון. "יתר על כן, לעתים קרובות זה גורם לפתיתים קטנים מאוד, בעוד סרט ההדבקה שבו משתמשים יכול להשאיר פולימרים על המשטחים שלהם."
גידול סרטי דו מימד היא גישה נוספת. זה מאפשר ייצור של דגימות גדולות בתנאים מבוקרים. "עם זאת, לעתים קרובות לוקח הרבה זמן להבין איך לגדל חומרים דו-ממדיים כאלה. והתהליך לא תמיד מביא לשכבה מושלמת", אומר Grubišić-Čabo. יחד עם הסופר האחרון Maciej Dendzik, היא הרכיבה 'צוות חלומות' של עמיתים, שרבים מהם עבדו בעבר יחד באוניברסיטת ארהוס (דנמרק) כסטודנטים לדוקטורט, כדי לפתח טכניקה פשוטה לייצור חומרים דו-ממדיים.
"ידענו על כמה ניסויים שבהם נעשה שימוש בסרטי זהב כדי לקלף חומר בתפזורת. אבל אלה בוצעו בעיקר באוויר מה שאומר שהטכניקה הזו לא מתאימה במיוחד לחומרים רגישים לאוויר, או למחקר מדעי על פני השטח״. הצוות רצה טכניקה שתאפשר ייצור של חומרים דו-ממדיים רגישים לאוויר על מגוון מצעים. בניסיון הראשון שלהם, הם השתמשו בגביש זהב בתא ואקום גבוה. "בעצם הטרקנו את הגביש על חומר בתפזורת וגילינו ששכבה דו-ממדית נחמדה נדבקה לזהב." למה זה קורה עדיין לא ברור, אבל הצוות חושד שהקשר עם הזהב חזק יותר מכוח ואן דר ואלס ששומר על השכבות בגביש בתפזורת. תמונה זו מציגה את ההגדרה של סינתזה קינטית בשכבה אחת (KISS) באתרו. החומר בתפזורת מונח על מחזיק מדגם עם קפיץ כדי לווסת את ההשפעה (חץ צהוב). לאחר מכן הוא נלחץ אל גביש הזהב (הטבעת הבהירה מעט מתחת לחץ הכחול). לאחר השחרור תוצמד שכבה דו מימדית למצע הזהב. (תמונה: Antonija Grubišić-Čabo, אוניברסיטת חרונינגן)
הם בנו על הניסוי הראשון הזה, והוסיפו קפיץ לבמה עם החומר בתפזורת שפועל כבולם זעזועים ובכך מאפשר שליטה טובה יותר בפגיעת גביש הזהב. יתר על כן, הצוות הראה שגם כסף וגם גרמניום המוליך למחצה יכולים לשמש כמצע לקילוף חומרים דו-ממדיים.
״גבישי זהב הם תכונה סטנדרטית במעבדות מדע פני השטח, שם הם משמשים למשל בכיול מכשירים. מדענים לא אוהבים לפגוע בגבישים האלה, אבל זה לא קרה בניסויים האלה", אומר Grubišić-Čabo. "ומאז שינינו את הפרוטוקול לשימוש בסרטים דקים זהב קריסטל יחיד. יש לזה יתרון נוסף של היכולת להמיס את הזהב כדי שנוכל לבודד את הדגימה הדו-ממדית, כל עוד היא יציבה באוויר או בנוזל״.
דגימות מבודדות אלו עשויות לשמש לשלב הבא: בניית מכשירים מחומרי הדו-ממד שייוצרו בטכניקת KISS. "זה עדיין לא אפשרי, אבל אנחנו עובדים על זה", אומר Grubišić-Čabo. "לכן, מה שכן יש לנו היא טכניקה לייצר דגימות דו-ממדיות נקיות מאוד, גדולות בצורה פשוטה מאוד, מה שמאפשר לנו ליצור חומרים דו-ממדיים רגישים לאוויר. יתרה מזאת, הטכניקה שלנו משתמשת בציוד סטנדרטי שקיים כמעט בכל מעבדה למדעי השטח״.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• הטבעת העתיד עם אדריאן אשלי. גישה כאן.
• קנה ומכירה של מניות בחברות PRE-IPO עם PREIPO®. גישה כאן.
• מקור: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63092.php