크고 깨끗한 2D 재료를 쉽게 생산: Just KISS

01 년 2023 월 XNUMX 일 (나노 워크 뉴스) 2차원 형태의 흑연이 발견된 이후 그래 핀) 거의 20년 전, 관심이 2D 재료 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 현장 단일층 합성(KISS)이 저널에 설명되었습니다. 고급 과학 (“In situ exfoliation method of large-area 2D materials”). KISS 박리 및 광전자 방출 실험을 예술적으로 묘사합니다. 2D 물질은 기판과의 상호작용이 강해 모결정에서 분리됩니다. UV 광선은 전자를 광 방출하는 데 사용되며 배경에서 볼 수 있듯이 전자 밴드를 직접 이미징하여 전자 구조를 연구할 수 있습니다. (이미지: Antonija Grubišić-čabo 및 Dina Maniar, 흐로닝언 대학교)
2D 재료는 벌크 재료와 공유되지 않는 물리적 특성을 가지고 있습니다. 전하 캐리어의 제한이 이에 대한 한 가지 이유입니다. 이러한 2D 재료를 생산하는 방법에는 더 큰 결정을 박리하거나 2D 층을 성장시키는 두 가지 방법이 있습니다. 각질 제거는 하나의 층만 남을 때까지 더 큰 결정에서 층을 벗겨내는 것을 의미합니다.
'이 과정은 시간이 많이 걸리고 특정 기술과 장비가 필요합니다. 고급 과학 종이. '게다가 사용된 접착 테이프가 표면에 폴리머를 남길 수 있는 반면 매우 작은 조각이 생기는 경우가 많습니다.'
2D 영화를 성장시키는 것은 또 다른 접근 방식입니다. 이를 통해 통제된 조건에서 대규모 샘플을 생산할 수 있습니다. '그러나 이러한 2D 재료를 성장시키는 방법을 알아내는 데는 많은 시간이 걸리는 경우가 많습니다. 그리고 그 과정에서 항상 완벽한 레이어가 생성되는 것은 아닙니다.'라고 Grubišić-čabo는 말합니다. 마지막 저자인 Maciej Dendzik과 함께 그녀는 2D 재료 제작을 위한 간단한 기술을 개발하기 위해 이전에 덴마크 오르후스 대학교(덴마크)에서 박사 과정 학생으로 함께 일했던 동료들로 구성된 '드림팀'을 구성했습니다.
'우리는 벌크 물질을 박리하기 위해 금 필름을 사용하는 몇 가지 실험을 알고 있었습니다. 그러나 이는 주로 공기 중에서 수행되었으며 이는 이 기술이 공기에 민감한 물질이나 표면 과학 연구에 적합하지 않다는 것을 의미합니다.' 팀은 다양한 기판에서 공기에 민감한 2D 재료를 생산할 수 있는 기술을 원했습니다. 첫 번째 시도에서 그들은 고진공 챔버에서 금 결정을 사용했습니다. '우리는 기본적으로 벌크 재료에 크리스탈을 부딪혔고 멋진 2D 층이 금에 붙어 있다는 것을 발견했습니다.' 왜 이런 일이 일어나는지는 아직 명확하지 않지만 연구팀은 금과의 결합이 벌크 결정의 층을 함께 유지하는 반 데르 발스 힘보다 더 강하다고 의심합니다. 이 이미지는 KISS(Kinetic in situ 단일층 합성)를 위한 설정을 보여줍니다. 벌크 재료는 충격을 조절하기 위해 스프링이 있는 샘플 홀더에 배치됩니다(노란색 화살표). 그런 다음 금 결정(파란색 화살표 아래 약간 더 밝은 고리)에 대고 누릅니다. 릴리스 후 2D 레이어가 금 기판에 부착됩니다. (이미지: Antonija Grubišić-čabo, 흐로닝언 대학교)
그들은 이 첫 번째 실험을 기반으로 충격 흡수 장치 역할을 하는 벌크 재료로 스테이지에 스프링을 추가하여 금 크리스탈의 충격을 더 잘 제어할 수 있게 했습니다. 또한 연구팀은 은과 반도체 게르마늄을 모두 2차원 물질을 벗겨내는 기판으로 사용할 수 있음을 보여주었다.
'금 결정은 예를 들어 기기 교정에 사용되는 표면 과학 실험실의 표준 기능입니다. 과학자들은 이러한 결정이 손상되는 것을 좋아하지 않지만 이번 실험에서는 그런 일이 발생하지 않았습니다.'라고 Grubišić-čabo는 말했습니다. '그리고 그 이후로 우리는 단결정 금박막을 사용하도록 프로토콜을 변경했습니다. 이는 공기나 액체에서 안정한 한 금을 용해시켜 2D 샘플을 분리할 수 있다는 추가 장점이 있습니다.'
이렇게 분리된 샘플은 다음 단계인 KISS 기술을 사용하여 생산될 2D 재료로 장치를 만드는 데 사용될 수 있습니다. Grubišić-čabo는 '아직 가능하지는 않지만 노력 중입니다.'라고 말했습니다. '그래서 우리가 가지고 있는 것은 매우 간단한 방법으로 매우 깨끗하고 큰 2D 샘플을 생산하는 기술이며, 이를 통해 공기에 민감한 2D 재료를 만들 수 있습니다. 게다가 우리 기술은 사실상 모든 표면 과학 실험실에 존재하는 표준 장비를 사용합니다.'

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• 출처: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63092.php