(Phys.org)—I ricercatori hanno portato gli elettruri nel nanoregime sintetizzando il primo materiale di elettruri 2D. Gli elettruri sono composti ionici, che sono fatti di ioni negativi e positivi. Ma negli elettruri, gli "ioni" negativi sono semplicemente elettroni, senza nucleo. Gli elettroni sono molto vicini l'uno all'altro e legati in modo molto lasco, facendoli agire come un gas di elettroni. Questo gas di elettroni conferisce agli elettruri determinate proprietà elettriche, come un'elevata mobilità elettrica e un rapido trasporto elettrico, che sono molto interessanti per le applicazioni elettroniche.

I ricercatori, guidato da Scott C. Warren, un assistente professore di scienze fisiche applicate e chimica presso l'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill, hanno pubblicato un articolo sulla dimostrazione dell'elettruro 2D in un recente numero del Giornale della Società Chimica Americana .

"Gli elettruri a strati hanno proprietà elettroniche molto interessanti, ad esempio, una conducibilità molto maggiore di quella del grafene, " Warren ha detto Phys.org . "Nella struttura cristallina di un elettruro a strati, una nuvola di elettroni si estende in un piano piatto dello spessore di due angstrom tra lastre di atomi. Gli elettroni possono condurre attraverso quella nuvola piatta con poche interazioni con gli atomi vicini, permettendo loro di muoversi molto rapidamente."

Nel loro studio, i ricercatori hanno dimostrato che le caratteristiche distintive degli elettruri, in particolare, il gas di elettroni e le sue proprietà sono preservati quando un elettruro stratificato chiamato nitruro dicalcico (Ca ₂ N) è sintetizzato in due dimensioni, forma monostrato. L'opera segna la prima sintesi di un elettruro 2D.

"Abbiamo isolato alcuni strati del cristallo, forse sottile come un nanometro a diversi nanometri, " Warren ha detto. "A causa della sua magrezza, questo materiale è chiamato materiale 2D, come il grafene. Si prevedeva che un elettruro come materiale 2D fosse stabile nel vuoto e mantenesse le sue eccitanti qualità elettroniche mediante calcoli teorici, ma il materiale è molto reattivo ed era una questione aperta se 2D Ca ₂ N potrebbe essere realizzato in un ambiente di laboratorio. Abbiamo dimostrato che nel giusto ambiente chimico, il materiale è stabile per lunghi periodi di tempo senza compromettere le sue eccitanti proprietà elettroniche."

Come hanno spiegato i ricercatori, separare l'elettruro multistrato nei suoi singoli strati è stato impegnativo poiché gli elettruri hanno forti interazioni elettrostatiche che tengono insieme i loro strati. Gli elettruri hanno anche un'elevata reattività chimica che complica ulteriormente le cose, impedendo l'uso del "metodo dello scotch-tape" per l'esfoliazione poiché gli elettruri si decompongono quando entrano in contatto con determinati adesivi.

Anziché, i ricercatori hanno utilizzato l'esfoliazione liquida, che utilizza reazioni chimiche per produrre un gran numero di nanofogli sospesi in soluzione. Dopo aver testato 30 solventi, i ricercatori hanno trovato un solvente in cui il Ca ₂ I nanofogli di N rimangono in sospensione stabile per almeno un mese.

I test hanno dimostrato che i nanofogli di elettruro 2D hanno un'elevata conduttività elettrica paragonabile al metallo di alluminio, elevata trasparenza (una pellicola spessa 10 nm trasmette il 97% della luce), e, a causa della forma 2D, la superficie più alta per qualsiasi elettruro riportato fino ad oggi. Combinando l'elevata superficie dei materiali 2D con le insolite proprietà elettriche degli elettruri, i ricercatori si aspettano che l'elettruro 2D porterà a molte più scoperte in futuro. Le potenziali applicazioni includono conduttori trasparenti, elettrodi della batteria, emettitori di elettroni, e catalizzatori per la sintesi chimica.

"La potenziale applicazione che ci entusiasma di più è nelle batterie avanzate, che è il fulcro della nostra attuale collaborazione con l'Honda Research Institute, " ha detto Warren. "Ci sono anche altre interessanti potenziali applicazioni, ad esempio come pellicole conduttive trasparenti. Dal punto di vista accademico, questo lavoro apre percorsi sintetici per studiare sperimentalmente gli elettruri 2D e per testare potenziali applicazioni che non abbiamo ancora considerato".

Nel futuro, i ricercatori intendono esplorare ulteriormente le potenziali applicazioni degli elettruri e affrontare le sfide pratiche nella loro realizzazione.

"Abbiamo molto da imparare sugli elettruri come materiali 2D, " Warren ha detto. "Per esempio, come possiamo rivestire o funzionalizzare la superficie per rendere stabili gli elettruri nell'aria?"

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