(a) Schematisk över nedbrytningen av de makroskopiska tryckkrafterna Fc och Fc' till mycket mindre mikroskopiska krafter fi och fi? som laddades på skiktmaterialen av kraftmellanprodukter. (b) Exfolieringsmekanism för lagermaterial. fi och fi? överföra till glidande friktionskrafter ffi och ffi? under den relativa glidningen av mellanprodukterna och skiktmaterialen på grund av bottenbehållarens rotation. (c) Atomkraftmikroskopibild av 2D-flingor. (d) Foton av flera bottnar av 2D MoS2-flingor i vattenlösning. Kredit:©Science China Press
Ett stort antal 2D-material, inklusive grafen, hexagonal bornitrid (h-BN), övergångsmetalldikalkogenider (TMDC) som MoS 2 och WSe 2 , metalloxider (MxOy), svart fosforen (b-P), etc, tillhandahålla ett brett utbud av egenskaper och många potentiella tillämpningar, Men för att fullt ut inse deras kommersiella användning, förutsättningen är storskalig produktion.
Bottom-up-strategier som kemisk ångavsättning (CVD) och kemisk syntes har undersökts i stor omfattning men endast små mängder 2-D-material har producerats hittills. En annan viktig strategi för att erhålla 2D-material är från en top-down-bana genom att exfoliera bulklagermaterial till monolager eller få lager 2D-material, som kulfräsning, exfoliering i flytande fas, etc. Det verkar som att top-down-strategier med största sannolikhet kommer att skalas upp; dock, de är endast lämpliga för specifika material. Än så länge, endast grafen och grafenoxid kan framställas på tonnivå, medan för andra 2D-material, de förblir fortfarande i laboratorietillståndet på grund av det låga utbytet. Därför, det är nödvändigt att utveckla en högeffektiv och billig beredningsmetod för 2D-material för att gå från laboratoriet till vårt dagliga liv.
Fel på fasta smörjmedel orsakas av glidning mellan lager av bulkmaterial, och resultatet av glidningen är att bulkmaterialet kommer att skalas av i färre lager. Baserat på denna förståelse, i en ny forskningsartikel publicerad i Beijing-baserade National Science Review , Laboratoriet för lågdimensionella material och anordningar ledd av professor Hui-Ming Cheng och professor Bilu Liu från Tsinghua University föreslog en peelingteknik som heter interMediate-Assisted Grinding Exfoliation (iMAGE). Nyckeln till denna exfolieringsteknik är att använda mellanliggande material som ökar blandningens friktionskoefficient och effektivt applicerar glidande friktionskrafter på skiktmaterialet, vilket resulterar i en dramatiskt ökad exfolieringseffektivitet.
Med tanke på fallet med 2-D h-BN, produktionshastigheten och energiförbrukningen kan nå 0,3 g h -1 och 3,01 × 10 6 J g -1 , respektive, båda är en till två storleksordningar bättre än tidigare resultat. De resulterande exfolierade 2-D h-BN-flingorna har en genomsnittlig tjocklek på 4 nm och en genomsnittlig sidostorlek på 1,2 μm. Förutom, denna iMAGE-metod har utökats för att exfoliera en serie lagermaterial med olika egenskaper, inklusive grafit, Bi 2 Te 3 , b-P, MoS 2 , TiOx, h-BN, och glimmer, täcker 2D-metaller, halvledare med olika bandgap, och isolatorer.
Det är värt att nämna att, i samarbete med Luoyang Shenyu Molybdenum Co. Ltd., molybdenitkoncentrat, ett naturligt existerande billigt och jordnära mineral, användes som en demo för exfolieringsproduktion i industriell skala av 2-D MoS 2 flingor.
"Detta är allra första gången som andra 2D-material än grafen har producerats med ett utbyte på mer än 50 % och en produktionshastighet på över 0,1g h-1. Och en årlig produktionskapacitet på 2D h-BN förväntas överstiga 10 ton med vår iMAGE-teknik." Prof. Bilu Liu, en av de ledande författarna till denna studie, sa, "Vår iMAGE-teknik övervinner en stor utmaning i 2D-material, dvs. deras massproduktion, och förväntas påskynda deras kommersialisering inom ett brett spektrum av applikationer inom elektronik, energi, och andra."
