A produção de materiais 2D grandes e limpos ficou mais fácil: apenas KISS

01 de junho de 2023 (Notícias do Nanowerk) Desde a descoberta da forma bidimensional do grafite (chamada grafeno) há quase vinte anos, o interesse em Materiais 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 A síntese in situ de camada única (KISS) foi descrita na revista Ciência Avançada (“In situ exfoliation method of large-area 2D materials”). Representação artística do experimento de esfoliação e fotoemissão KISS. O material 2D é separado do cristal original devido à interação mais forte com o substrato. A luz UV é usada para fotoemitir elétrons, permitindo estudos da estrutura eletrônica por imagem direta das bandas eletrônicas, como visto no fundo. (Imagem: Antonija Grubišić-Čabo e Dina Maniar, Universidade de Groningen)
Os materiais 2D possuem propriedades físicas que não são compartilhadas pelo material em massa. O confinamento dos portadores de carga é uma das razões para isso. Existem duas maneiras de produzir esses materiais 2D: esfoliando um cristal maior ou cultivando uma camada 2D. Esfoliar significa retirar camadas de um cristal maior até ficar com apenas uma camada.
«Este processo é demorado e requer competências e equipamentos específicos», afirma Antonija Grubišić-Čabo, cientista de superfícies da Universidade de Groningen (Holanda) e primeira autora do Ciência Avançada papel. 'Além disso, muitas vezes resulta em flocos muito pequenos, enquanto a fita adesiva usada pode deixar polímeros em suas superfícies.'
O cultivo de filmes 2D é outra abordagem. Isto permite a produção de grandes amostras sob condições controladas. “No entanto, muitas vezes leva muito tempo para descobrir como cultivar esses materiais 2D. E o processo nem sempre resulta numa camada perfeita», afirma Grubišić-Čabo. Juntamente com o último autor Maciej Dendzik, ela reuniu uma 'equipe dos sonhos' de colegas, muitos dos quais já haviam trabalhado juntos na Universidade de Aarhus (Dinamarca) como estudantes de doutorado, para desenvolver uma técnica simples para a produção de materiais 2D.
“Sabíamos de alguns experimentos em que filmes de ouro eram usados ​​para esfoliar material a granel. Mas estes foram realizados principalmente no ar, o que significa que esta técnica não é muito adequada para materiais sensíveis ao ar, ou para pesquisas científicas de superfície. A equipe queria uma técnica que permitisse a produção de materiais 2D sensíveis ao ar em diversos substratos. Na primeira tentativa, eles usaram um cristal de ouro em uma câmara de alto vácuo. 'Basicamente, batemos o cristal no material a granel e descobrimos que uma bela camada 2D grudava no ouro.' A razão pela qual isto acontece ainda não está clara, mas a equipa suspeita que a ligação com o ouro é mais forte do que a força de Van der Waals que mantém unidas as camadas do cristal a granel. Esta imagem mostra a configuração para síntese cinética in situ de camada única (KISS). O material a granel é colocado em um porta-amostra com mola para regular o impacto (seta amarela). Em seguida, ele é pressionado contra o cristal dourado (o anel ligeiramente mais brilhante abaixo da seta azul). Após a liberação, uma camada 2D será anexada ao substrato dourado. (Imagem: Antonija Grubišić-Čabo, Universidade de Groningen)
Eles desenvolveram este primeiro experimento, adicionando uma mola ao palco com o material a granel que atua como um amortecedor e assim permite um melhor controle do impacto do cristal de ouro. Além disso, a equipe mostrou que tanto a prata quanto o germânio semicondutor poderiam ser usados ​​como substrato para descascar materiais 2D.
“Cristais de ouro são um recurso padrão em laboratórios de ciências de superfície, onde são usados ​​na calibração de instrumentos, por exemplo. Os cientistas não gostam de danificar estes cristais, mas isso não aconteceu nestas experiências”, diz Grubišić-Čabo. 'E desde então mudamos o protocolo para usar filmes finos de ouro de cristal único. Isto tem a vantagem adicional de poder dissolver o ouro para que possamos isolar a amostra 2D, desde que seja estável no ar ou no líquido.
Essas amostras isoladas poderão ser utilizadas para a próxima etapa: construção de dispositivos a partir dos materiais 2D que serão produzidos pela técnica KISS. «Isto ainda não é possível, mas estamos a trabalhar nisso», afirma Grubišić-Čabo. 'Então, o que temos é uma técnica para produzir amostras 2D grandes e muito limpas de uma forma muito simples, o que nos permite criar materiais 2D sensíveis ao ar. Além disso, nossa técnica utiliza equipamentos padrão que estão presentes em praticamente todos os laboratórios de ciências de superfície”.

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