Ett team av forskare vid National Graphene Institute vid University of Manchester har utvecklat en ny metod för att syntetisera 2-D-material som man tror är omöjligt eller, åtminstone, ouppnåelig med nuvarande teknik.

Grafen var världens första tvådimensionella material, som därefter öppnade portarna för isolering av andra tvådimensionella material.

Grafen och andra 2-D-material har vanligtvis en 3D-motsvarighet som kallas en "bulkanalog". Till exempel är grafen ett enda lager av kolatomer som härrör från grafit.

Nyligen, det har varit ett växande intresse för tillverkning av syntetiska 2-D-material som inte har någon skiktad bulkanalog. Forskare har börjat titta på 2-D-material som inte har en 3D-motsvarighet.

Traditionellt, 2-D-material isoleras genom en process som kallas mekanisk exfoliering-ta bulkmaterialet och exfoliera lagren från varandra tills ett enda lager uppnås.

I motsats till dessa skiktade kristaller, de material som inte har några skiktade strukturer hålls samman av kovalenta bindningar mellan atomplanen, som inte tillåter mekanisk peeling.

Som publicerat i Nano bokstäver , genom att använda kemisk omvandling, teamet vid universitetet kunde omvandla lager av befintliga skiktade material till ett nytt kovalent tvådimensionellt material. Som ett exempel, mekaniskt exfolierad 2-D indium selenid (InSe) omvandlas till atomtunn indiumfluorid (InF3), som har en oskiktad struktur och därför omöjligt kan erhållas genom peeling, genom en fluoriseringsprocess.

Effektivt, den föreslagna kemiska konverteringsstrategin för 2-D-material är inget annat än att sy atomlager av befintliga 2-D-material ihop genom kemisk modifiering.

Den erhållna nya 2-D indiumfluoriden är en halvledare, uppvisar hög optisk transparens över de synliga och infraröda spektralområdet och kan eventuellt användas som ett 2-D-glas.

Professor Rahul Nair vid National Graphene Institute och Institutionen för kemiteknik och analytisk vetenskap som ledde teamet sa:"Kemisk modifiering av material har visat sig vara ett kraftfullt verktyg för att erhålla nya material med önskade och ofta ovanliga egenskaper. Det finns ytterligare arbete ska utföras för att förstå kemisk omvandling av 2-D-material i atomskala, inklusive effekter av relativ orientering och synergi mellan enskilda atomlager på deras kemiska reaktivitet. Vi tror att vårt arbete ger ett betydande framsteg inom materialvetenskap och är en tydlig milstolpe i utvecklingen av konstgjorda 2-D-material. "

Vishnu Sreepal, som ledde experimenten och huvudförfattaren till detta papper sa "Vårt arbete visar tydligt möjligheten att skapa konstgjorda 2-D kovalenta material. Processen är kontrollerbar, lätt att genomföra och mycket effektivt. Genom att exakt kontrollera tjockleken på de 2-D utgående skikten kan tjockleken på de nya kovalenta 2-D-materialen kontrolleras med atomskala precision. Det nya kovalenta 2-D-materialet kan också kontrolleras dopbart med dopmedel ".

"Vi visar också att vår strategi är skalbar genom kemisk omvandling av stora ytor, tunna InSe -filmer till InF3 -filmer. "Dessutom laget föreställer sig att sådan kemisk omvandling kan utvidgas till van der Waals heterostrukturer för att erhålla artificiella hetero -kovalenta fasta ämnen.

Genom att lagra atomer i en exakt vald sekvens som kallas heterostrukturer, designermaterial med vissa egenskaper kan skapas som inte förekommer naturligt och erbjuder specifika kvaliteter. Forskare monterar dessa nya material i sekvenser som är relevanta för deras avsedda tillämpning, i en process som liknar stapling av Lego -klossar. Genom att demonstrera möjligheten för 2-D kovalenta fasta ämnen, forskare har nu fler 'legos' på sin lekplats för att skapa nya material med skräddarsydda egenskaper.