(Phys.org) —Forskare har tagit in elektrider i nanoregimen genom att syntetisera det första 2D -elektridmaterialet. Elektrider är joniska föreningar, som är gjorda av negativa och positiva joner. Men i elektrider, de negativa "jonerna" är helt enkelt elektroner, utan kärna. Elektronerna är mycket nära varandra och mycket löst bundna, får dem att fungera som en elektrongas. Denna elektrongas ger elektriderna vissa elektriska egenskaper, såsom hög elektrisk rörlighet och snabb elektrisk transport, som är mycket attraktiva för elektronikapplikationer.

Forskarna, ledd av Scott C. Warren, en biträdande professor i tillämpad fysik och kemi vid University of North Carolina i Chapel Hill, har publicerat ett papper om demonstrationen av 2D -elektrid i ett nyligen utgåva av Journal of the American Chemical Society .

"Skiktade elektrider har mycket spännande elektroniska egenskaper - till exempel en konduktivitet som är mycket större än grafen, "Berättade Warren Phys.org . "I kristallstrukturen för en skiktad elektrid, ett moln av elektroner sprids ut i ett plant två-ångströmstjockt plan mellan atomer. Elektronerna kan leda genom det platta molnet med få interaktioner med närliggande atomer, så att de kan röra sig mycket snabbt. "

I deras studie, forskarna visade att de avgörande egenskaperna hos elektrider - i synnerhet elektrongasen och dess egenskaper - bevaras när en skiktad elektrid som kallas dicalciumnitrid (Ca ₂ N) syntetiseras i tvådimensionell, enskiktsform. Verket markerar den första syntesen av en 2D -elektrid.

"Vi har isolerat några lager av kristallen, kanske lika tunn som en nanometer till flera nanometer, "Sa Warren." På grund av dess tunnhet, detta material kallas ett 2D -material, som grafen. En elektrid som 2D -material hade förutsetts vara stabil i vakuum och behålla sina spännande elektroniska egenskaper genom teoretiska beräkningar, men materialet är mycket reaktivt och det var en öppen fråga om 2D Ca ₂ N kan göras i en laboratoriemiljö. Vi visade att i rätt kemisk miljö, materialet är stabilt under lång tid utan att äventyra dess spännande elektroniska egenskaper. "

Som forskarna förklarade, att separera den flerskiktselektriden i dess individuella lager var utmanande eftersom elektrider har starka elektrostatiska interaktioner som håller ihop deras lager. Elektrider har också en hög kemisk reaktivitet som ytterligare komplicerar saker, förhindra användning av "Scotch-tape-metoden" för peeling eftersom elektrider sönderdelas när de kommer i kontakt med vissa lim.

Istället, forskarna använde flytande peeling, som använder kemiska reaktioner för att producera ett stort antal nanoskikt suspenderade i lösning. Efter testning av 30 lösningsmedel, forskarna hittade ett lösningsmedel där Ca ₂ N nanoskikt förblir i en stabil suspension i minst en månad.

Tester visade att 2D -elektridnanoskikten har hög elektrisk konduktivitet jämförbar med aluminiummetall, hög transparens (en 10 nm tjock film överför 97% av ljuset), och - på grund av 2D -formen - den högsta ytarean för någon elektrid som rapporterats hittills. Genom att kombinera 2D -materialens höga yta med de ovanliga elektriska egenskaperna hos elektrider, forskarna förväntar sig att 2D -elektroden kommer att leda till många fler upptäckter i framtiden. Potentiella tillämpningar inkluderar transparenta ledare, batterielektroder, elektronstrålare, och katalysatorer för kemisk syntes.

"Den potentiella applikation som lockar oss mest är avancerade batterier, som är i fokus för vårt nuvarande samarbete med Honda Research Institute, "Sade Warren." Det finns också andra spännande potentiella applikationer, till exempel som genomskinliga ledande filmer. Ur ett akademiskt perspektiv, detta arbete öppnar upp syntetiska vägar för att studera 2D -elektrider experimentellt och testa potentiella applikationer som vi inte ens har övervägt än. "

I framtiden, forskarna planerar att ytterligare utforska de potentiella tillämpningarna av elektrider och ta itu med de praktiska utmaningarna för att förverkliga dem.

"Vi har mycket att lära om elektrider som 2D -material, "Sa Warren." Till exempel, hur kan vi belägga eller funktionalisera ytan för att göra elektrider stabila i luften? "

© 2017 Phys.org