Det er enkelt å produsere store, rene 2D-materialer: bare KISS

01. juni 2023 (Nanowerk Nyheter) Helt siden oppdagelsen av den todimensjonale formen for grafitt (kalt graphene) for nesten tjue år siden, interesse for 2D-materialer 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 in situ enkeltlagssyntese (KISS) ble beskrevet i journalen Avansert vitenskap (“In situ exfoliation method of large-area 2D materials”). Kunstnerisk skildring av KISS eksfoliering og fotoemisjonseksperiment. 2D-materiale separeres fra moderkrystallen på grunn av sterkere interaksjon med underlaget. UV-lys brukes til å fotoemittere elektroner, noe som tillater studier av den elektroniske strukturen ved direkte avbildning av de elektroniske båndene, sett i bakgrunnen. (Bilde: Antonija Grubišić-Čabo og Dina Maniar, Universitetet i Groningen)
2D-materialer har fysiske egenskaper som ikke deles av bulkmateriale. Innelukkelsen av ladebærere er en årsak til dette. Det er to måter å produsere disse 2D-materialene på: eksfoliere en større krystall eller dyrke et 2D-lag. Eksfoliering betyr å skrelle av lag fra en større krystall til du sitter igjen med bare ett lag.
"Denne prosessen er tidkrevende og krever spesifikke ferdigheter og utstyr," sier Antonija Grubišić-Čabo, overflateforsker ved Universitetet i Groningen (Nederland) og førsteforfatter av Avansert vitenskap papir. "I tillegg resulterer det ofte i svært små flak, mens den selvklebende tapen som brukes kan etterlate polymerer på overflaten."
Å dyrke 2D-filmer er en annen tilnærming. Dette tillater produksjon av store prøver under kontrollerte forhold. «Men det tar ofte mye tid å finne ut hvordan man dyrker slike 2D-materialer. Og prosessen resulterer ikke alltid i et perfekt lag, sier Grubišić-Čabo. Sammen med siste forfatter Maciej Dendzik satte hun sammen et 'drømmeteam' av kolleger, hvorav mange tidligere hadde jobbet sammen ved Aarhus Universitet (Danmark) som doktorgradsstudenter, for å utvikle en enkel teknikk for produksjon av 2D-materiale.
«Vi visste om noen eksperimenter der gullfilmer ble brukt til å eksfoliere bulkmateriale. Men disse ble hovedsakelig utført i luft, noe som betyr at denne teknikken er lite egnet for luftfølsomme materialer, eller for overflatevitenskapelig forskning.' Teamet ønsket en teknikk som ville tillate produksjon av luftfølsomme 2D-materialer på en rekke underlag. I sitt første forsøk brukte de en gullkrystall i et høyvakuumkammer. "Vi slengte i utgangspunktet krystallen på bulkmateriale og oppdaget at et fint 2D-lag festet seg til gullet." Hvorfor dette skjer er ennå ikke klart, men teamet mistenker at båndet til gullet er sterkere enn Van der Waals-kraften som holder lagene i bulkkrystallen sammen. Dette bildet viser oppsettet for kinetisk in situ enkeltlagssyntese (KISS). Bulkmaterialet plasseres på en prøveholder med en fjær for å regulere støtet (gul pil). Den presses deretter mot gullkrystallen (den litt lysere ringen under den blå pilen). Etter utgivelsen vil et 2D-lag festes til gullsubstratet. (Bilde: Antonija Grubišić-Čabo, Universitetet i Groningen)
De har bygget videre på dette første eksperimentet, og lagt til en fjær til scenen med bulkmaterialet som fungerer som en støtdemper og dermed gir bedre kontroll over innvirkningen av gullkrystallen. Videre viste teamet at både sølv og halvledergermanium kunne brukes som et substrat for å skrelle av 2D-materialer.
«Gullkrystaller er en standardfunksjon i overflatevitenskapelige laboratorier, der de for eksempel brukes i kalibrering av instrumenter. Forskere liker ikke å skade disse krystallene, men det skjedde ikke i disse eksperimentene, sier Grubišić-Čabo. "Og vi har siden endret protokollen til å bruke tynne filmer i en krystall gull. Dette har den ekstra fordelen av å kunne løse opp gullet slik at vi kan isolere 2D-prøven, så lenge den er stabil i luft eller væske.'
Disse isolerte prøvene kan brukes til neste trinn: bygge enheter fra 2D-materialene som skal produseres ved hjelp av KISS-teknikken. "Dette er ikke mulig ennå, men vi jobber med det," sier Grubišić-Čabo. "Så, det vi har er en teknikk for å produsere veldig rene, store 2D-prøver på en veldig enkel måte, som lar oss lage luftfølsomme 2D-materialer. Videre bruker teknikken vår standardutstyr som finnes i praktisk talt alle overflatevitenskapelige laboratorier.'

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• Minting the Future med Adryenn Ashley. Tilgang her.
• Kjøp og selg aksjer i PRE-IPO-selskaper med PREIPO®. Tilgang her.
• kilde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63092.php