Создание больших чистых 2D-материалов стало проще: просто KISS

01 июня 2023 г. (Новости Наноуэрк) С момента открытия двумерной формы графита (называемой графен) почти двадцать лет назад интерес к 2D материалы 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 Однослойный синтез in situ (KISS) описан в журнале Передовая наука (“In situ exfoliation method of large-area 2D materials”). Художественное изображение эксперимента по отшелушиванию и фотоэмиссии KISS. 2D-материал отделяется от родительского кристалла за счет более сильного взаимодействия с подложкой. УФ-свет используется для фотоэмиссии электронов, что позволяет изучать электронную структуру путем прямого изображения электронных полос, как видно на заднем плане. (Изображение: Антония Грубишич-Чабо и Дина Маниар, Гронингенский университет)
2D-материалы обладают физическими свойствами, которых нет у объемных материалов. Одной из причин этого является ограничение носителей заряда. Есть два способа производства этих 2D-материалов: расслаивание более крупного кристалла или выращивание 2D-слоя. Отшелушивание означает снятие слоев с более крупного кристалла до тех пор, пока не останется только один слой.
«Этот процесс занимает много времени и требует особых навыков и оборудования», — говорит Антония Грубишич-Чабо, учёный-поверхностник из Университета Гронингена (Нидерланды) и первый автор исследования. Передовая наука бумага. «Более того, это часто приводит к образованию очень мелких хлопьев, а используемая клейкая лента может оставлять на своей поверхности полимеры».
Еще один подход — выращивание 2D-фильмов. Это позволяет производить большие образцы в контролируемых условиях. «Однако зачастую требуется много времени, чтобы понять, как выращивать такие 2D-материалы. И этот процесс не всегда приводит к идеальному слою», — говорит Грубишич-Чабо. Вместе с последним автором Мацеем Денджиком она собрала «команду мечты» коллег, многие из которых ранее работали вместе в Орхусском университете (Дания) в качестве аспирантов, чтобы разработать простую технику производства 2D-материалов.
«Мы знали о некоторых экспериментах, в которых золотые пленки использовались для расслаивания сыпучего материала. Но в основном они проводились на воздухе, а это означает, что этот метод не очень подходит для материалов, чувствительных к воздуху, или для научных исследований на поверхности». Команде нужна была технология, которая позволила бы производить воздухочувствительные 2D-материалы на различных подложках. В своей первой попытке они использовали кристалл золота в камере высокого вакуума. «По сути, мы ударили кристаллом по объемному материалу и обнаружили, что к золоту приклеился красивый 2D-слой». Почему это происходит, пока не ясно, но команда подозревает, что связь с золотом сильнее, чем сила Ван-дер-Ваальса, которая удерживает слои в объемном кристалле вместе. На этом изображении показана установка для кинетического однослойного синтеза in situ (KISS). Сыпучий материал помещается на держатель образца с пружиной для регулирования удара (желтая стрелка). Затем его прижимают к золотому кристаллу (чуть более яркое кольцо под синей стрелкой). После релиза к золотой подложке будет прикреплен 2D-слой. (Изображение: Антония Грубишич-Чабо, Гронингенский университет)
Они основывались на этом первом эксперименте, добавив к сцене пружину из сыпучего материала, которая действует как амортизатор и, таким образом, позволяет лучше контролировать удар золотого кристалла. Кроме того, команда показала, что и серебро, и полупроводниковый германий можно использовать в качестве подложки для отделения 2D-материалов.
«Кристаллы золота являются стандартным элементом в лабораториях по изучению поверхности, где они используются, например, при калибровке инструментов. Ученым не нравится повреждать эти кристаллы, но в этих экспериментах этого не произошло», — говорит Грубишич-Чабо. «И с тех пор мы изменили протокол, чтобы использовать тонкие пленки из монокристаллического золота. Это имеет дополнительное преимущество: мы можем растворить золото, чтобы мы могли изолировать 2D-образец, пока он стабилен на воздухе или в жидкости».
Эти изолированные образцы могут быть использованы на следующем этапе: создании устройств из 2D-материалов, которые будут производиться по технологии KISS. «Это пока невозможно, но мы работаем над этим», — говорит Грубишич-Чабо. «Итак, у нас есть метод создания очень чистых, больших 2D-образцов очень простым способом, который позволяет нам создавать чувствительные к воздуху 2D-материалы. Кроме того, в нашей методике используется стандартное оборудование, которое имеется практически в каждой лаборатории по изучению поверхности».

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• ПлатонАйСтрим. Анализ данных Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Чеканка будущего с Эдриенн Эшли. Доступ здесь.
• Покупайте и продавайте акции компаний PREIPO® с помощью PREIPO®. Доступ здесь.
• Источник: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63092.php