Wetenschappers van Rice University hebben hun techniek om grafeen in een flits te produceren uitgebreid om de eigenschappen van andere 2D-materialen aan te passen.

De laboratoria van scheikundige James Tour en materiaaltheoreticus Boris Yakobson meldden in de American Chemical Society's ACS Nano ze hebben met succes grote hoeveelheden 2-D dichalcogeniden "geflitst", ze veranderen van halfgeleiders naar metallics.

Dergelijke materialen zijn waardevol voor elektronica, katalyse en als smeermiddelen, onder andere toepassingen.

Het proces maakt gebruik van flash Joule-verwarming - waarbij een elektrische lading wordt gebruikt om de temperatuur van het materiaal drastisch te verhogen - om halfgeleidend molybdeendisulfide en wolfraamdisulfide om te zetten. De duur van de puls en geselecteerde additieven kunnen ook de eigenschappen van de nu-metalen producten bepalen.

"Dit snelle proces stelt ons in staat om op grote schaal en zonder het gebruik van oplosmiddelen of water een geheel nieuwe klasse van zeer gewaardeerde materialen te maken. ' zei Tour.

Tweedimensionale dichalcogeniden zien eruit als hexagonaal grafeen van bovenaf, maar als je ze vanuit een hoek bekijkt, zie je een sandwichachtige structuur. In molybdeendisulfide, bijvoorbeeld, een enkel vlak van molybdeenatomen zit tussen soortgelijke, maar gecompenseerd, vliegtuigen van zwavel.

Om elk materiaal in zijn metallische fase (bekend als 1T) te maken, waren voorheen veel complexere processen nodig, volgens de onderzoekers. Zelfs dan, van de producten was bekend dat ze onstabiel waren in omgevingscondities. Flash Joule-verwarming lijkt dat probleem op te lossen, produceren metastabiele dichalcogeniden in een duizendste van een seconde.

gepoederd, in de handel verkrijgbare dichalcogeniden gemengd met roet of wolfraampoeder om hun geleidbaarheid te vergroten, werden in een keramische buis geplaatst die was afgedekt met elektroden en geflitst met meer dan 1, 350 ampère stroom voor een fractie van een seconde, daarna snel afgekoeld. Met de buis onder vacuüm, vreemde gassen werden afgevoerd, waardoor er voornamelijk pure metallics worden geoogst.

Volgens de berekeningen van het Yakobson-team, de grote energie-invoer dwingt structurele defecten te verschijnen in de kristalroosters van de materialen, het toevoegen van negatieve ladingen die 1T de thermodynamisch voorkeursfase maken.

"Het is een interessante fast-forward incarnatie van het principe van Le Chatelier:onder spanning, het materiaal verandert in een meer geleidende 1T fase, om de aangelegde elektrische velden tegen te gaan/te verminderen, " zei co-auteur Ksenia Bets, een onderzoeker in de Yakobson-groep. "Onze gedetailleerde berekeningen laten zien dat het kinetische pad indirect is:de sublimerende zwavel creëert een leegstandrijk rooster dat energetisch de voorkeur geeft aan een 1T-structuur."

Het feit dat omstandigheden en additieven het eindproduct kunnen beïnvloeden, zou moeten leiden tot een systematisch onderzoek naar mogelijke variaties, zei toer.

Rijst afgestudeerde student Weiyin Chen is hoofdauteur van het artikel. Andere co-auteurs zijn Rice-afgestudeerde studenten Zhe Wang, Emily McHugh, Wala Algozeeb en Jinhang Chen; postdoctorale onderzoekers Duy Xuan Luong en Bing Deng; alumni Muqing Ren en Michael Stanford; assistent-onderzoeksprofessor Hua Guo; onderzoekswetenschapper Guanhui Gao; en studenten John Tianci Li en William Carsten.

Tour is de T.T. en W.F. Chao-leerstoel in de chemie en hoogleraar informatica en materiaalkunde en nano-engineering. Yakobson is de Karl F. Hasselmann hoogleraar materiaalkunde en nano-engineering en een hoogleraar scheikunde.