Gli scienziati della Rice University hanno esteso la loro tecnica per produrre grafene in un lampo per adattare le proprietà di altri materiali 2-D.

I laboratori del chimico James Tour e del teorico dei materiali Boris Yakobson hanno riferito in American Chemical Society's ACS Nano hanno "lampeggiato" con successo grandi quantità di dicalcogenuri 2-D, trasformandoli da semiconduttori a metallici.

Tali materiali sono preziosi per l'elettronica, catalisi e come lubrificanti, tra le altre applicazioni.

Il processo utilizza il riscaldamento flash Joule, utilizzando una carica elettrica per aumentare drasticamente la temperatura del materiale, per convertire il disolfuro di molibdeno semiconduttore e disolfuro di tungsteno. La durata dell'impulso e gli additivi selezionati possono anche controllare le proprietà dei prodotti ora metallici.

"Questo processo rapido ci consente di realizzare una classe completamente nuova di materiali di alto valore su larga scala e senza l'uso di solventi o acqua, " Disse Giro.

I dicalcogenuri bidimensionali sembrano grafene esagonale dall'alto, ma osservandoli da un angolo rivela una struttura a sandwich. Nel bisolfuro di molibdeno, ad esempio, un singolo piano di atomi di molibdeno si trova tra simili, ma compensato, piani di zolfo.

Realizzare ogni materiale nella sua fase metallica (nota come 1T) in precedenza richiedeva processi molto più complessi, secondo i ricercatori. Anche allora, i prodotti erano noti per essere instabili in condizioni ambientali. Il riscaldamento Flash Joule sembra risolvere questo problema, producendo dicalcogenuri metastabili in un millesimo di secondo.

in polvere, i dicalcogenuri disponibili in commercio miscelati con nerofumo o polvere di tungsteno per aumentare la loro conduttività sono stati posti in un tubo di ceramica chiuso con elettrodi e sottoposti a flashing con più di 1, 350 ampere di potenza per una frazione di secondo, poi rapidamente raffreddato. Con il tubo sotto vuoto, i gas estranei sono stati scaricati, lasciando per la maggior parte metalli puri da raccogliere.

Secondo i calcoli del team Yakobson, il grande input di energia costringe i difetti strutturali a comparire nei reticoli cristallini dei materiali, aggiungendo cariche negative che rendono 1T la fase termodinamicamente preferita.

"È un'interessante incarnazione rapida del principio di Le Chatelier:sotto tensione, il materiale cambia in una fase 1T più conduttiva, per contrastare/ridurre i campi elettrici applicati, " ha detto la co-autrice Ksenia Bets, un ricercatore del gruppo Yakobson. "I nostri calcoli dettagliati rivelano che il percorso cinetico è indiretto:lo zolfo sublimatore crea un reticolo ricco di spazi vuoti che preferisce energeticamente una struttura 1T".

Il fatto che le condizioni e gli additivi possano influenzare il prodotto finale dovrebbe portare ad uno studio sistematico sulle possibili variazioni, Tour ha detto.

Weiyin Chen, studente laureato di Rice, è l'autore principale dell'articolo. Altri coautori sono gli studenti laureati Rice Zhe Wang, Emily McHugh, Wala Algozeeb e Jinhang Chen; i ricercatori post-dottorato Duy Xuan Luong e Bing Deng; alunni Muqing Ren e Michael Stanford; assistente professore di ricerca Hua Guo; ricercatore Guanhui Gao; e gli studenti universitari John Tianci Li e William Carsten.

Tour è il T.T. e W.F. Chao Chair in Chimica nonché professore di informatica e di scienza dei materiali e nanoingegneria. Yakobson è il professore di scienza dei materiali e nanoingegneria Karl F. Hasselmann e professore di chimica.