Kaugmõõtmeliste materjalide vaatamine kasvab

Anonim

Nad on üks maailma kõige õhematest struktuuridest: "kahemõõtmelised materjalid" on kristallid, mis koosnevad ainult ühest või mõnest aatomite kihist. Neil on sageli ebatavalisi omadusi, paljutades paljusid uusi rakendusi optoelektroonikas ja energiatehnoloogias. Üks neist materjalidest on 2-D-molübdeensulfiid, aatomiliselt õhuke kiht molübdeeni ja väävli aatomit.

Selliste ultra-õhukeste kristallide tootmine on raske. Kristallisatsiooniprotsess sõltub paljudest erinevatest teguritest. Varem on erinevad meetodid andnud suhteliselt erinevad tulemused, kuid selle põhjuseid ei olnud võimalik täpselt selgitada. Tänu TI Wieni, Viini Ülikooli ja Starymi Joanneum Researchi uurimisrühmade poolt välja töötatud uuele meetodile on esimest korda võimalik jälgida kristalliseerumisprotsessi otse elektronmikroskoobi all. See meetod on nüüd esitatud ajakirjas ACS Nano.

Gaasilt kristallidesse

"Molübdeensulfiidi saab kasutada läbipaistvas ja paindlikus päikeseelemendis või vesiniku jätkusuutlikuks energiavarustuseks, " ütleb uuringu juht autor Bernhard C. Bayer TU Wieni materjalide keemia instituudist. "Selleks tuleb aga kõrgekvaliteedilisi kristalle kasvatada kontrollitud tingimustes."

Tavaliselt tehakse seda aatomite gaasilises vormis alustades ja siis juhuslikult ja struktureerimata viisil pinnale kondenseerides. Teises astmes paigutatakse aatomid korrapärase kristalli kujul - näiteks läbi kuumutamise. "Erinevad kemikaalreaktsioonid kristalliseerumisprotsessis on siiski ikkagi ebaselged, mistõttu on väga raske välja töötada paremaid tootmismeetodeid sellistel 2-D materjalidel, " väidab Bayer.

Tänu uuele meetodile peaks nüüd olema võimalik täpselt uurida kristalliseerumisprotsessi üksikasju. "See tähendab, et proovide ja eksimuste katsetamine pole enam vajalik, kuid tänu protsesside sügavamale mõistmisele võime kindlalt öelda, kuidas soovitud toodet saada, " lisab Bayer.

Graphein substraadina

Esiteks paigutatakse molübdeen ja väävel juhuslikult grafeenist valmistatud membraanile. Grafeen on tõenäoliselt kõige tuntum 2-D materjalist - kristallist, mille paksus on ainult üks aatomi kiht, mis koosneb kärgstruktuurides paiknevatest süsinikuaatomitest. Juhuslikult korraldatud molübdeeni ja väävli aatomeid töödeldakse elektronmikroskoobis peene elektronkiirega. Sama elektronkiire saab samaaegselt kasutada protsessi kuvamiseks ja kristalliseerumisprotsessi käivitamiseks.

Nii on nüüd olnud võimalik esimest korda otseselt jälgida, kuidas ained liiguvad ja kasvavad materjali kasvu ajal ainult kahe aatomi kihi paksusega. "Seda tehes näeme, et kõige termodünaamiliselt stabiilne konfiguratsioon ei pruugi alati olla lõplik riik, " ütleb Bayer. Erinevad kristalliseadmed konkureerivad üksteisega, muunduvad üksteisega ja asendavad üksteist. "Seepärast on nüüd selge, miks varasematel juurdlustel olid sellised erinevad tulemused. Meil ​​on keeruline ja dünaamiline protsess." Uued leiud aitavad kohandada 2-D materjalide struktuuri täpsemalt rakenduse vajadustele tulevikus, segates ümberkorraldusprotsesse sihipäraselt.

menu
menu