Elektronenmicroscoopopname van de haarvormige structuren, ook wel "snorharen" genoemd, die de dunne molybdeenlagen bevatten. Credit:Natuurnanotechnologie (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01484-2
Tweedimensionale materialen zoals grafeen vertonen fascinerende eigenschappen zoals supergeleiding, buitengewone sterkte en exotische kwantumfenomenen. Wetenschappers van Forschungszentrum Jülich hebben nu samen met partners van het Indian Institute of Technology in Patna en de Australische Universiteit van Newcastle een dergelijk speciaal materiaal gecreëerd dat een metaalachtig karakter vertoont. Het bestaat uit slechts één atomaire laag molybdeenatomen en wordt ook wel 'molybdeen' genoemd.
De wetenschappers zijn erin geslaagd een dunne laag van het metaal molybdeen te produceren, dat slechts één atomaire laag dik is. Het nieuwe materiaal is dus even dun als grafeen, waarschijnlijk het bekendste 2D-materiaal. Dit laatste bestaat uit koolstof en werd voor het eerst geïsoleerd in 2004. De ontdekking trok veel aandacht omdat grafeen elektriciteit en warmte veel beter geleidt dan koper en honderd keer stabieler is dan staal.
Tegelijkertijd is het uitzonderlijk licht en flexibel. Door zijn speciale 2D-structuur vertoont grafeen ook enkele ongebruikelijke elektromagnetische effecten die baanbrekende innovaties op het gebied van de kwantumtechnologie mogelijk zouden kunnen maken.
De afgelopen jaren zijn andere 2D-materialen geïntroduceerd, zoals fosforeen of germaneen. Net als molybdeen vertonen ze een aantal indrukwekkende eigenschappen, terwijl laatstgenoemde op sommige punten nog steeds verschilt van andere 2D-materialen. "Veel 2D-materialen zijn gevoelig voor hitte, maar molybdeen niet. Bovendien is dit het eerste metallische 2D-materiaal waarmee vrijstaande lagen kunnen worden vervaardigd", legt prof. Ilia Valov van het Peter Grünberg Instituut (PGI-7) van het Forschungszentrum uit. Jülich.
Elektronenmicroscoopbeelden van de haarvormige structuren, ook wel ‘snorharen’ genoemd, die de dunne lagen molybdeen bevatten. Credit:Natuurnanotechnologie (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01484-2
De onderzoekers creëerden het nieuwe 2D-materiaal met behulp van een magnetron, waarin ze een mengsel van molybdeensulfide (MoS2 ) en grafeen tot gloeien bij een temperatuur van ongeveer 3000 graden Celsius. In een reactie, aangedreven door het elektrische microgolfveld, werden fijn vertakte haarstructuren gevormd waarin de taps toelopende molybdeenlagen te vinden zijn. Deze worden ook wel ‘snorharen’ genoemd.
Bij de eerste tests konden de wetenschappers al verschillende nuttige eigenschappen waarnemen. "Molybdeen is mechanisch extreem stabiel. Het zou bijvoorbeeld gebruikt kunnen worden als coating voor elektroden om batterijen nog krachtiger en robuuster te maken", legt Ilia Valov uit.
De onderzoekers verwachten dat het materiaal vanwege de speciale 2D-structuur nog meer exotische elektronische eigenschappen heeft, vergelijkbaar met grafeen. Vanwege het metaalachtige karakter heeft het ook vrij bewegende elektronen. Deze hopen zich op aan de twee zijkanten van het molybdeen, waardoor het materiaal een interessante kandidaat is voor katalysatoren om chemische reacties te versnellen.
Hoge resolutie elektronenmicroscoopopname van het molybdeenoppervlak. Credit:Natuurnanotechnologie (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01484-2
. Haarvormige structuren van molybdeen (rechts) worden gevormd in de magnetron (links). Credit:Natuurnanotechnologie (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01484-2
In samenwerking met het Indian Institute of Technology in Patna en de Australian University of Newcastle hebben de onderzoekers al een praktische wetenschappelijke toepassing voor molybdeen kunnen ontwikkelen. Dankzij zijn stabiliteit en uitstekende elektrische en thermische geleidbaarheid is hij bij uitstek geschikt als meetpunt voor atomaire krachtmicroscopie (AFM) en oppervlakte-verbeterde RAMAN-spectroscopie (SERS).
Uit de eerste monsteropnames blijkt dat molybdeen verschillende voordelen biedt ten opzichte van gevestigde tipmaterialen en vanwege zijn dunne, platte vorm bijzonder goede bescherming kan bieden tegen ongewenste interferentiesignalen.
Meer informatie: Tumesh Kumar Sahu et al, Microgolfsynthese van molybdeen uit MoS2 , Natuurnanotechnologie (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01484-2
Wetenschappers ontdekken nieuwe niet-kleverige gels
Drie op de vier zeggen dat klimaatomslagpunten dichtbij zijn
