Tweedimensionale materialen die kunnen multitasken.

Dat is het resultaat van een nieuw proces dat op natuurlijke wijze monolagen met patronen produceert die als basis kunnen dienen voor het creëren van een breed scala aan nieuwe materialen met dubbele optische, magnetisch, katalytische of detectiemogelijkheden.

"Gedessineerde materialen openen de mogelijkheid om twee functionaliteiten in een enkel materiaal te hebben, zoals het katalyseren van een chemische reactie en tegelijkertijd dienen als een sensor voor een tweede set moleculen, " zei Sokrates Pantelides, William en Nancy McMinn, hoogleraar natuurkunde aan de Vanderbilt University, die het onderzoek coördineerde met professor Hong-Jun Gao aan het Institute of Physics van de Chinese Academie van Wetenschappen in Peking. "Natuurlijk, je kunt zoiets doen door twee materialen naast elkaar te gebruiken, maar materialen met patronen bieden een hele reeks nieuwe opties voor apparaatontwerpers."

Hun prestatie wordt beschreven in een paper met de titel "Intrinsiek gevormde tweedimensionale materialen voor selectieve adsorptie van moleculen en nanoclusters", gepubliceerd op 12 juni in het tijdschrift Natuurmaterialen .

Bij elektronica, tweedimensionale (2D) materialen zijn een hot topic vanwege hun vele potentiële toepassingen. grafeen, die bestaat uit een enkele laag koolstofatomen, de meeste aandacht heeft gekregen, maar het is erg moeilijk gebleken om de chemische en elektrische eigenschappen ervan af te stemmen. Als resultaat, chalcogeniden (materialen die zwavel, selenium of tellurium, die bekend staan ​​om hun zeer gevarieerde optische, elektrische en thermische eigenschappen) zijn nu de focus van wereldwijd onderzoek omdat sommige van hen van nature monolagen vormen die kunnen dienen als onbewerkte leien die gemakkelijk kunnen worden aangepast voor specifieke toepassingen.

Nutsvoorzieningen, Pantelides en zijn medewerkers hebben aangetoond dat monolagen gevormd door twee chalcogeniden (platina-selenium en koper-selenium) zich op natuurlijke wijze met precisie op nanoschaal combineren tot afwisselende driehoeken met verschillende fasen:metaal en halfgeleider. Omdat elke fase verschillende elektrische en chemische eigenschappen heeft, twee verschillende soorten moleculen kunnen zich aan het oppervlak hechten, waardoor het twee functies tegelijkertijd kan uitvoeren.

"In het algemeen, 2D-materialen worden 'gefunctionaliseerd' voor specifieke toepassingen door er verschillende soorten atomen of moleculen op te adsorberen of door onzuiverheden in te bedden in hun verder perfecte kristallijne structuur op dezelfde manier als halfgeleiders zoals silicium worden gefunctionaliseerd door doping met onzuiverheden, die de fabricage van elektronische apparaten mogelijk maakt, zoals de 'chips' die computers aandrijven, " legde Pantelides uit. "Ons nieuwe papier breidt het domein van 2D-materialen met één belangrijke stap uit. Het demonstreert een manier om 2D-materialen te fabriceren waarmee de twee fasen van het materiaal onafhankelijk kunnen worden gefunctionaliseerd."

De experimenten werden uitgevoerd in Gao's laboratorium in Peking en theoretische berekeningen werden uitgevoerd in Vanderbilt, het National Energy Research Scientific Computing Center van het Amerikaanse Department of Energy en de University of the Chinese Academy of Sciences.