Atomen binden aan elkaar door elektronen te delen. De manier waarop dit gebeurt, hangt af van de atoomtypes maar ook van omstandigheden zoals temperatuur en druk. In tweedimensionale (2D) materialen, zoals grafeen, komen atomen samen langs een vlak om structuren te vormen van slechts één atoom dik, wat leidt tot fascinerende eigenschappen die worden bepaald door de kwantummechanica. Onderzoekers van de Universiteit van Wenen hebben in samenwerking met de universiteiten van Tübingen, Antwerpen en CY Cergy Paris, samen met Danubia NanoTech, een nieuw 2D-materiaal gemaakt van koper- en jodiumatomen ingeklemd tussen twee grafeenplaten. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials .

Het ontwerp van nieuwe materialen zorgt voor een verbeterde efficiëntie van bekende toepassingen of totaal nieuwe toepassingen die onbereikbaar waren met de eerder bestaande materialen. In de afgelopen honderd jaar zijn inderdaad tienduizenden conventionele materialen zoals metalen en hun legeringen geïdentificeerd. Er is voorspeld dat er een vergelijkbaar aantal mogelijke 2D-materialen zal bestaan, maar tot nu toe is er slechts een fractie van geproduceerd in experimenten. Een reden hiervoor is de instabiliteit van veel van deze materialen in laboratoriumomstandigheden.

In de recente studie synthetiseerden de onderzoekers 2D cuprojodide dat gestabiliseerd was in een grafeensandwich, als het eerste voorbeeld van een materiaal dat anders niet bestaat in normale laboratoriumomstandigheden. De synthese maakt gebruik van de grote tussenlaagafstand van geoxideerde grafeen-multilagen, waardoor jodium- en koperatomen in de opening kunnen diffunderen en het nieuwe materiaal kunnen laten groeien. De grafeenlagen spelen hier een belangrijke rol door een hoge druk uit te oefenen op het ingeklemde materiaal dat zo gestabiliseerd wordt. De resulterende sandwichstructuur wordt getoond in de afbeelding.

"Zoals zo vaak, toen we het nieuwe materiaal voor het eerst zagen in onze microscopiebeelden, was het een verrassing", zegt Kimmo Mustonen, de hoofdauteur van het onderzoek. "Het kostte ons behoorlijk wat tijd om erachter te komen wat de structuur precies was. Dit stelde ons in staat om samen met Danubia NanoTech, onder leiding van Viera Skákalová, een chemisch proces te ontwerpen om het op grote schaal te produceren", vervolgt hij. Het begrijpen van de structuur was een gezamenlijke inspanning van wetenschappers van de universiteiten van Wenen, Tübingen, Antwerpen en CY Cergy Paris. "We moesten verschillende elektronenmicroscopietechnieken gebruiken om er zeker van te zijn dat we echt een monolaag van koper en jodium zagen en om de exacte atoomposities in 3D te extraheren, inclusief de nieuwste methoden die we recentelijk hebben ontwikkeld", voegt de tweede hoofdauteur Christoph Hofer toe. .

In navolging van het 2D-koperjodide hebben de onderzoekers de synthesemethode al uitgebreid om andere nieuwe 2D-materialen te produceren. "De methode lijkt echt universeel te zijn en biedt toegang tot tientallen nieuwe 2D-materialen. Het zijn echt opwindende tijden", besluit Kimmo Mustonen. + Verder verkennen

Afstemming op atoomschaal van grafeen benadert macroscopische wereld