การดูเนื้อหาสองมิติเติบโตขึ้น

Anonim

พวกเขาอยู่ในโครงสร้างที่บางที่สุดในโลก: "วัสดุสองมิติ" เป็นคริสตัลที่ประกอบด้วยอะตอมเพียงหนึ่งหรือสองชั้นเท่านั้น พวกเขามักจะแสดงคุณสมบัติที่ผิดปกติและมีแนวโน้มว่าจะมีแอพพลิเคชันใหม่ ๆ มากมายเกี่ยวกับเทคโนโลยีออพติคอลและเทคโนโลยีพลังงาน หนึ่งในวัสดุเหล่านี้คือ 2-D-molybdenum sulphide ซึ่งเป็นอะตอมโมลิบดีนัมและกำมะถันบางชั้นอะตอม

การผลิตคริสตัลบางพิเศษเช่นนี้เป็นเรื่องยาก กระบวนการตกผลึกขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ในอดีตเทคนิคที่แตกต่างกันมีผลค่อนข้างแตกต่างกัน แต่สาเหตุของเรื่องนี้ไม่สามารถอธิบายได้อย่างถูกต้อง ด้วยวิธีการใหม่ที่ได้รับการพัฒนาโดยทีมวิจัยที่ TU Wien มหาวิทยาลัยเวียนนาและ Joanneum Research ในสติเรียเป็นครั้งแรกที่ตอนนี้สามารถสังเกตกระบวนการตกผลึกได้โดยตรงภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน วิธีการนี้ถูกนำเสนอในวารสารทางวิทยาศาสตร์ ACS Nano

จากก๊าซสู่คริสตัล

"Molybdenum sulphide สามารถใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีความโปร่งใสและมีความยืดหยุ่นหรือสร้างไฮโดรเจนได้อย่างยั่งยืนสำหรับการจัดเก็บพลังงาน" Bernhard C. Bayer จาก Institute of Materials Chemistry ที่ TU Wien กล่าวว่า " "ในการทำเช่นนี้ผลึกที่มีคุณภาพสูงต้องได้รับการปลูกภายใต้สภาวะที่ควบคุมได้"

โดยปกติจะทำโดยการเริ่มต้นด้วยอะตอมในรูปแบบก๊าซแล้วควบแน่นบนพื้นผิวแบบสุ่มและไม่มีโครงสร้าง ในขั้นตอนที่สองอะตอมจะถูกจัดเรียงไว้ในรูปแบบผลึกปกติเช่นผ่านความร้อนตัวอย่างเช่น "ปฏิกิริยาทางเคมีที่หลากหลายระหว่างกระบวนการตกผลึกยังไม่ชัดเจนซึ่งทำให้ยากที่จะพัฒนาวิธีการผลิตที่ดีขึ้นสำหรับวัสดุ 2 มิติชนิดนี้" ไบเออร์กล่าว

อย่างไรก็ตามด้วยวิธีการใหม่นี้ควรสามารถศึกษารายละเอียดกระบวนการตกผลึกได้อย่างถูกต้อง "นี่หมายความว่าการทดสอบและข้อผิดพลาดไม่จำเป็นต้องผ่านการทดสอบและข้อผิดพลาดอีกต่อไป แต่ด้วยความเข้าใจอย่างลึกซึ้งในกระบวนการต่างๆเราสามารถพูดถึงวิธีการได้รับผลิตภัณฑ์ที่ต้องการได้อย่างแน่นอน" ไบเออร์กล่าวเสริม

กราฟีนเป็นสารตั้งต้น

ประการแรกโมลิบดีนัมและกำมะถันจะถูกสุ่มวางไว้บนเมมเบรนที่ทำจากกราไฟท์ Graphene น่าจะเป็นวัสดุที่รู้จักกันดีที่สุดของวัสดุ 2 มิติซึ่งเป็นผลึกที่มีความหนาเพียงชั้นอะตอมเดียวประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่จัดอยู่ในกระจังรังผึ้ง (honeycomb lattice) โมลิบดีนัมและอะตอมกำมะถันที่จัดเรียงแบบสุ่มจะถูกจัดการในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนด้วยลำแสงอิเล็กตรอนแบบละเอียด สามารถใช้ลำแสงอิเล็กตรอนเดียวกันพร้อมกันเพื่อประมวลผลภาพและเริ่มกระบวนการตกผลึก

ด้วยวิธีนี้มันเป็นไปได้ที่จะเป็นครั้งแรกที่จะสังเกตเห็นได้โดยตรงว่าอะตอมเคลื่อนที่และจัดเรียงตัวใหม่ในระหว่างการเจริญเติบโตของวัสดุด้วยความหนาแค่สองชั้นอะตอมเท่านั้น "ในการทำเช่นนี้เราจะเห็นได้ว่าการกำหนดค่าที่มีเสถียรภาพทางอุณหพลศาสตร์ที่มากที่สุดไม่จำเป็นต้องเป็นเรื่องสุดท้ายเสมอไป" ไบเออร์กล่าว การจัดเรียงคริสตัลที่แตกต่างกันในการแข่งขันกับคนอื่นเปลี่ยนเป็นกันและกันและแทนที่กัน "ดังนั้นจึงเป็นที่ชัดเจนว่าทำไมการตรวจสอบก่อนหน้านี้มีผลที่แตกต่างกันดังกล่าวเรากำลังเผชิญกับกระบวนการที่ซับซ้อนแบบไดนามิก" ผลการวิจัยใหม่นี้จะช่วยปรับโครงสร้างวัสดุ 2 มิติให้ตรงตามความต้องการของใบสมัครในอนาคตโดยการแทรกแซงกระบวนการจัดโครงสร้างใหม่ในลักษณะที่กำหนดไว้

menu
menu