Un laser brilla attraverso una soluzione di nanomateriale 2-D ancora in dissoluzione, mostrando la presenza di particelle all'interno del liquido (a sinistra). Quando una goccia della soluzione si è asciugata, i nanofogli ancora in dissoluzione si impilano in diverse forme piastrellate (a destra). Quando lasciato dissolversi completamente, vengono trovati solo fogli a strato singolo. Credito:Patrick Cullen et al.
I nanomateriali bidimensionali (2D) sono stati realizzati dissolvendo materiali stratificati in liquidi, secondo una nuova ricerca condotta dall'UCL. I liquidi possono essere utilizzati per applicare i nanomateriali 2D su ampie aree e a costi contenuti, consentendo una serie di importanti applicazioni future.
nanomateriali 2D, come il grafene, hanno il potenziale per rivoluzionare la tecnologia attraverso le loro straordinarie proprietà fisiche, ma la loro traduzione in applicazioni del mondo reale è stata limitata a causa delle sfide poste dalla produzione e dalla manipolazione di nanomateriali 2D su scala industriale.
Il nuovo approccio, pubblicato oggi in Chimica della natura , prodotto singoli strati di molti nanomateriali 2D in modo scalabile. I ricercatori hanno utilizzato il metodo su un'ampia varietà di materiali, compresi quelli con proprietà semiconduttrici e termoelettriche, per creare materiali 2D che potrebbero essere utilizzati nelle celle solari o per trasformare l'energia termica sprecata in energia elettrica, Per esempio.
"I nanomateriali 2D hanno proprietà eccezionali e una dimensione unica, il che suggerisce che potrebbero essere utilizzati in qualsiasi cosa, dai display dei computer alle batterie ai tessuti intelligenti. Molti metodi per realizzare e applicare nanomateriali 2D sono difficili da scalare o possono danneggiare il materiale, ma abbiamo affrontato con successo alcuni di questi problemi. Speriamo che il nostro nuovo processo ci aiuti a realizzare il potenziale dei nanomateriali 2D in futuro, " ha spiegato il direttore dello studio, il dott. Chris Howard (UCL Physics &Astronomy).
Per lo studio, finanziato dalla Royal Academy of Engineering e dal Engineering and Physical Sciences Research Council, gli scienziati hanno inserito ioni di litio e potassio carichi positivamente tra gli strati di diversi materiali tra cui il tellururo di bismuto (Bi2Te3), bisolfuro di molibdeno (MoS2) e bisolfuro di titanio (TiS2), dando ad ogni strato una carica negativa e creando un 'sale materiale stratificato'.
Quando la soluzione di nanomateriale 2-D ancora in dissoluzione viene essiccata, i nanofogli si impilano in diverse forme affiancate (a destra). Quando lasciato dissolversi completamente, vengono trovati solo fogli a strato singolo. Credito:Patrick Cullen et al.
Questi sali di materiale stratificato sono stati quindi disciolti delicatamente in solventi selezionati senza utilizzare reazioni chimiche o agitazione. Ciò ha fornito soluzioni di fogli di nanomateriali 2D con la stessa forma del materiale di partenza ma con una carica negativa.
Gli scienziati hanno analizzato il contenuto delle soluzioni utilizzando la microscopia a forza atomica e la microscopia elettronica a trasmissione per studiare la struttura e lo spessore dei nanomateriali 2D. Hanno scoperto che i materiali stratificati si dissolvono in minuscoli fogli di pulito, intatto, singoli strati, isolato nelle soluzioni.
La squadra dell'UCL, Università di Bristol, Cambridge Graphene Center e École Polytechnique Fédérale de Lausanne, sono stati in grado di dimostrare che anche i fogli di nanomateriali 2D, composto da milioni di atomi, fatto soluzioni stabili piuttosto che sospensioni.
"Non ci aspettavamo che una tale gamma di nanomateriali 2D formasse una soluzione quando abbiamo semplicemente aggiunto il solvente al sale:i sali del materiale stratificato sono grandi ma si dissolvono in un liquido simile al sale da tavola nell'acqua. Il fatto che formano un liquido insieme alla loro carica negativa, li rende facili da manipolare e utilizzare su larga scala, che è scientificamente intrigante ma anche rilevante per molti settori, " ha detto il primo autore, il dottor Patrick Cullen (UCL Chemical Engineering).
"Abbiamo dimostrato che possono essere verniciati su superfici e, quando lasciato ad asciugare, possono disporsi in diverse forme piastrellate, che non si è mai visto prima. Possono anche essere galvanizzati su superfici più o meno allo stesso modo in cui l'oro viene utilizzato per placcare i metalli. Non vediamo l'ora di realizzare diversi nanomateriali 2D utilizzando il nostro processo e di provarli in diverse applicazioni poiché le possibilità sono quasi infinite, " ha concluso.
PLC aziendale UCL (UCLB), la società di commercializzazione della tecnologia di UCL ha brevettato questa ricerca e sosterrà il processo di commercializzazione.
