_ Noua tehnică de fabricație folosește metalul de tranziție nanofile de telururi de la laborator la producția de masă

Nanofoile de telură de metal de tranziție au arătat o promisiune enormă pentru cercetarea fundamentală și alte aplicații într-un curcubeu de domenii diferite, dar până acum, fabricarea în masă a fost imposibilă, lăsând materialul ca ceva a unei curiozități de laborator, mai degrabă decât a unei realități industriale.

Dar o echipă de cercetători a dezvoltat recent o tehnică de fabricație nouă - utilizarea soluțiilor chimice pentru a îndepărta straturile subțiri de compușii lor de bază, creând foi de subțiri atomic - care se pare că va îndeplini promisiunea substanței ultra-subțiri în sfârșit.

Cercetătorii își descriu tehnica de fabricație într-un studiu publicat în Nature.

În lumea ultra-subțirii sau „ materialele bidimensionale — cele care conțin doar un singur strat de atomi — nanofoile de telurură de metal de tranziție (TMT) au provocat, în ultimii ani, o mare entuziasm în rândul chimiștilor și oamenilor de știință din materiale pentru proprietățile lor deosebit de neobișnuite.

Aceste materiale. compușii, formați din telur și oricare dintre elementele din „mijlocul” tabelului periodic (grupele 3-12), se bucură de o gamă largă de stări de la semimetalice la semiconductoare, izolatoare și supraconductoare și chiar mai multe stări exotice. ca activitate magnetică și catalitică unică.

Aceste proprietăți oferă o gamă de aplicații potențiale în domeniul electronicii, stocarea energiei, cataliză și detecție. În special, nanofoile TMT sunt explorate ca materiale de electrozi noi în baterii și supercondensatori — esențiale pentru tranziția curată — datorită conductivității lor ridicate și suprafeței mari.

Nanofoile TMT pot fi, de asemenea, utilizate ca electrocatalizatori pentru litiu. -baterii cu oxigen, imbunatatindu-le eficienta si performanta. Alte aplicații potențiale în tehnologiile emergente includ fotovoltaica și termoelectrica, producția de hidrogen și filtrarea și separarea. S-a descoperit chiar că aceștia prezintă fenomene cuantice interesante, cum ar fi oscilațiile cuantice și magnetoresistența gigantică.

„Lista industriilor care s-ar bucura de îmbunătățiri semnificative ale eficienței din producția în masă de nanofoi TMT este extrem de lungă”, a spus liderul echipei WU Zhong-Shuai, chimist la Institutul Dalian de Fizică Chimică (DICP), Academia Chineză de Științe. „De aceea acest material 2D este potențial atât de interesant.”

Din păcate, în ciuda diferitelor încercări de exfoliere a nanofoilor TMT de înaltă calitate, păstrarea cristalinității ridicate, în același timp, obținerea unei dimensiuni mari a nanofoii și a caracteristicilor ultrasubțiri continuă să fie o importanță semnificativă. provocare. Metodele concepute până acum nu sunt scalabile din cauza timpilor lungi de procesare. De asemenea, necesită adesea substanțe chimice toxice. Astfel, proprietățile nanofoilor TMT au rămas un fenomen interesant de laborator, care nu poate să facă saltul către producția de masă și aplicarea industrială.

Echipa a rezolvat în cele din urmă această problemă printr-un proces simplificat de litiere, hidroliză și, în cele din urmă, exfolierea nanofoaie.

În primul rând, o cantitate mare de cristale de telură metalică a fost preparată utilizând transportul chimic al vaporilor - o metodă folosită în mod obișnuit în chimie pentru a transporta compuși solizi dintr-o locație în alta folosind un gaz purtător. Când vasul de reacție este încălzit, agentul de transport se vaporizează și transportă compusul solid cu el ca vapori.

Vaporii se deplasează prin vasul de reacție și pot întâlni o suprafață mai rece, unde compusul se poate depune și se poate forma cristale. Acest lucru permite creșterea controlată a cristalelor sau a peliculelor foarte subțiri ale compusului dorit. În acest caz, cristalele de telură preparate sunt apoi amestecate cu borohidrură de litiu. Acest proces implică plasarea ionilor de litiu între straturile de cristale de telură metalică, ceea ce duce la formarea unui compus intermediar, „litiat”.

Compusul intermediar litiat este apoi udat rapid cu apă, ceea ce are ca rezultat „exfoliere” sau îndepărtarea cristalelor de telură metalică litiată în nanofoi în câteva secunde.

În cele din urmă, metalul exfoliat Nanofoile de telururi sunt colectate și caracterizate în funcție de forma și dimensiunea lor, permițându-le să fie prelucrate în diferite forme, cum ar fi filme, cerneluri și compozite, în funcție de aplicația dorită.

Întregul proces durează doar zece minute pentru litiare și secunde pentru hidroliză. Tehnica este capabilă să producă nanofoi TMT de înaltă calitate, cu grosimi dorite variate, cu randamente foarte mari.

Când au testat nanofoile, cercetătorii au descoperit că stocarea de încărcare, capacitatea de mare viteză și stabilitatea le-au făcut promițătoare. pentru aplicații în baterii cu litiu și micro-supercondensatori.

Ei cred că tehnica lor este în esență pregătită pentru comercializare, dar doresc, de asemenea, să efectueze studii suplimentare pentru a caracteriza proprietățile și comportamentul nanofoilor lor, precum și în continuare. rafinați și optimizați etapele de litiare și exfoliere.

(Fluierul)