Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Китайские учёные разработали метод «vdW-сжатия» для создания ультратонких двумерных (2D) металлов, достигая толщины в атомном масштабе с повышенной стабильностью и проводимостью.
Исследования в области материаловедения, посвящённые 2D-материалам, значительно ускорились после открытия графена в 2004 году. Графен представляет собой 2D-лист атомов углерода, расположенных таким образом, что каждый атом связан с тремя другими атомами углерода.
Сегодня различные 2D-материалы изучаются для разнообразных целей, например, MXenes для хранения энергии. Но большинство существующих 2D-материалов имеют слоистую структуру, известную как слоистые кристаллы Ван-дер-Ваальса (vdW). Хотя эти материалы обладают множеством интересных свойств, учёные давно стремились изучить тонкие 2D-металлы.
Теперь исследователи из Института физики Китайской академии наук разработали новую технологию производства 2D-металлов.
Этот метод, известный как vdW-сжатие, представляет собой удобную и универсальную технологию производства, которая позволяет исследователям создавать металлический слой с толщиной в пределах ангстрема, то есть в атомном масштабе.
Трудности с тонкими 2D-металлами
Структура vdW, наиболее часто встречающаяся при работе с 2D-материалами, представляет собой листы, как графен, сложенные вместе. Внутри слоёв взаимодействие между атомами сильное, но между слоями слабее, и основанное на силе Ван-дер-Ваальса, которая является слабой силой.
Такое расположение позволяет разделять эти материалы на чрезвычайно тонкие слои или листы, подобно отделению листов из стопки стикеров. Однако в случае металлов взаимодействие одинаково сильно как внутри, так и между слоями, что значительно затрудняет разделение слоёв.
Кроме того, атомы металла естественным образом предпочитают кластеризацию, поэтому отдельные слои атомов нестабильны и реакционноспособны.
Из-за этих трудностей традиционные методы, как те, что используются для графита — при получении тонких 2D-листов материалов (графена), — не могут быть использованы для металлов.
Это препятствие скрывает от нас целый класс материалов, ожидающих изучения для использования в различных научных и технологических сферах.
Решение проблемы 2D-металлов
Метод vdW-сжатия, разработанный китайскими исследователями, включает плавление чистых металлов и последующее их сжатие между двумя невероятно жёсткими, атомарно гладкими поверхностями.
Эти поверхности действуют как высокоточные наковальни, обеспечивая равномерное формирование металла. Их твёрдость позволяет применять высокое давление, необходимое для достижения минимальной толщины.
После формирования металла наковальни служат защитными слоями, инкапсулируя 2D-металл и предотвращая окисление или деградацию при воздействии окружающей среды.
Исследователи использовали свою технологию для успешного производства 2D-тонких листов различных металлов, включая висмут, олово, свинец, индий и галлий. Толщина этих металлических листов составляла от шести до девяти ангстремов, или от двух до трёх атомов в высоту.
Лист висмута продемонстрировал превосходные физические свойства по сравнению с его природной объёмной формой, включая значительно повышенную электрическую проводимость.
В пресс-релизе соавтор исследования, профессор Чжан Гуанью из ИФ, отметил, что их метод также может быть использован для аморфных (не имеющих кристаллической структуры) и других 2D-соединений, не относящихся к vdW.
Универсальный и высокоточный метод
Метод выделяется универсальным подходом. Контролируя точность сжатия, можно регулировать толщину 2D-металлов с атомной точностью, то есть материалы могут быть монослойными, двухслойными или трёхслойными.
Ещё одна особенность, которая выделяет метод, — это стабильность. Исследователи обнаружили, что, полностью инкапсулируя 2D-металлы между защитными слоями (наковальнями), они остаются стабильными при обычных условиях окружающей среды.
Это было серьёзной проблемой для тонких 2D-материалов, поскольку они быстро деградируют при воздействии воздуха и влаги.
Хотя мы не можем с уверенностью сказать, какие именно достижения это принесёт, метод vdW-сжатия открывает возможность изучать зависимые от слоёв свойства тонких 2D-металлов, чего у нас раньше не было.
Поделись видео:
