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將三維材料變二維，合成新型極薄材料的方法問(wèn)世
發(fā)布時(shí)間：2024年3月19日
來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
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二維材料非常薄，只有幾個(gè)原子厚，具有獨(dú)特的性質(zhì)，使其在能量存儲(chǔ)、催化和水凈化等方面極具吸引力。瑞典林雪平大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)出一種能夠合成數(shù)百種新型二維材料的方法。研究發(fā)表在最新一期的《科學(xué)》雜志上。
自從石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，有關(guān)極薄材料（即所謂的二維材料）的研究呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。二維材料相對(duì)于其體積或重量具有極大的表面積，因此產(chǎn)生了一系列物理現(xiàn)象和獨(dú)特的性能，例如良好的導(dǎo)電性、高強(qiáng)度或耐熱性，使得二維材料在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用中都受到關(guān)注。
最大的二維材料家族是MXene，由稱為MAX相的三維母體材料創(chuàng)建。它由3種不同的元素組成：M是過(guò)渡金屬，A是（A族）元素，X是碳或氮。通過(guò)用酸去除A元素（剝離），可創(chuàng)建二維材料。但到目前為止，MXene是唯一以這種方式創(chuàng)建的材料系列。
研究人員引入了一種理論方法來(lái)預(yù)測(cè)其他可能適合轉(zhuǎn)換為二維材料的三維材料，并證明了理論模型與現(xiàn)實(shí)是一致的。
研究人員采用了3步過(guò)程。首先，他們開(kāi)發(fā)了一個(gè)理論模型來(lái)預(yù)測(cè)哪些母材是合適的。通過(guò)瑞典國(guó)家超級(jí)計(jì)算機(jī)中心的大規(guī)模計(jì)算，研究人員從包含66643種材料的數(shù)據(jù)庫(kù)中識(shí)別出119種有前途的三維材料。
其次，他們嘗試在實(shí)驗(yàn)室中制造這種材料。研究人員從母體材料YRu2Si2中去除了釔（Y），從而形成了二維的Ru2SixOy。
最后一步是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，他們使用掃描透射電子顯微鏡Arwen在原子水平上檢查材料及其結(jié)構(gòu)。利用Arwen還可使用光譜法研究材料由哪些原子組成。
研究證明了理論模型確實(shí)有效，并且所得材料由正確的原子組成。該理論可付諸實(shí)踐，從而將化學(xué)剝離的概念擴(kuò)展到比MXene更廣泛的材料中。