Un team di ricercatori del National Graphene Institute dell'Università di Manchester ha sviluppato un nuovo metodo per sintetizzare materiali 2-D che si ritiene siano impossibili o, almeno, irraggiungibile dalle attuali tecnologie.

Il grafene è stato il primo materiale bidimensionale al mondo, che successivamente ha aperto le porte all'isolamento di altri materiali bidimensionali.

Il grafene e altri materiali 2-D di solito hanno una controparte 3-D nota come "analogo di massa". Ad esempio il grafene è un singolo strato di atomi di carbonio derivato dalla grafite.

Recentemente, c'è stato un crescente interesse nella fabbricazione di materiali sintetici 2-D che non hanno analoghi di massa stratificati. I ricercatori hanno iniziato a esaminare i materiali 2-D che non hanno una controparte 3-D.

Tradizionalmente, I materiali 2-D vengono isolati mediante un processo chiamato esfoliazione meccanica, che consiste nel prelevare il materiale sfuso ed esfoliare gli strati l'uno dall'altro fino a ottenere un singolo strato.

In contrasto con questi cristalli stratificati, quei materiali che non hanno strutture a strati sono tenuti insieme da legami covalenti tra i piani atomici, che non consentono l'esfoliazione meccanica.

Come pubblicato in Nano lettere , utilizzando la conversione chimica, il team dell'Università è stato in grado di convertire strati di materiali stratificati esistenti in un nuovo materiale bidimensionale covalente. Come esempio, il seleniuro di indio 2-D (InSe) esfoliato meccanicamente viene convertito in fluoruro di indio atomicamente sottile (InF3), che ha una struttura non stratificata e quindi non ottenibile per esfoliazione, mediante un processo di fluorurazione.

Effettivamente, la strategia di conversione chimica proposta del materiale 2-D non è altro che unire strati atomici di materiali 2-D esistenti mediante modifica chimica.

Il nuovo fluoruro di indio 2-D ottenuto è un semiconduttore, esibendo un'elevata trasparenza ottica attraverso le gamme spettrali del visibile e dell'infrarosso e potrebbe potenzialmente essere utilizzato come vetro 2-D.

Il professor Rahul Nair del National Graphene Institute e del Dipartimento di ingegneria chimica e scienze analitiche, che ha guidato il team, ha dichiarato:"La modifica chimica dei materiali si è dimostrata un potente strumento per ottenere nuovi materiali con proprietà desiderate e spesso insolite. C'è ancora ulteriore lavoro da fare. da effettuare per comprendere la conversione chimica dei materiali 2-D su scala atomica, compresi gli effetti dell'orientamento relativo e della sinergia tra i singoli strati atomici sulla loro reattività chimica. Riteniamo che il nostro lavoro fornisca un progresso significativo nella scienza dei materiali e rappresenti una chiara pietra miliare nello sviluppo di materiali 2-D artificiali".

Vishnu Sreepal, che ha condotto gli esperimenti e l'autore principale di questo documento ha dichiarato:"Il nostro lavoro dimostra chiaramente la possibilità di creare materiali covalenti 2-D artificiali. Il processo è controllabile, facile da eseguire e molto efficace. Controllando con precisione lo spessore degli strati 2-D di partenza, lo spessore dei nuovi materiali 2-D covalenti può essere controllato con una precisione su scala atomica. Il nuovo materiale covalente 2-D può anche essere drogato in modo controllabile con droganti".

"Dimostriamo anche la scalabilità del nostro approccio mediante la conversione chimica di grandi aree, sottili film InSe in film InF3." Inoltre, il team prevede che tale conversione chimica possa essere estesa alle eterostrutture di van der Waals per ottenere solidi eterocovalenti artificiali.

Stratificando gli atomi in una sequenza scelta con precisione nota come eterostrutture, si possono creare materiali di design con determinate caratteristiche che non si trovano in natura e offrono qualità specifiche. I ricercatori assemblano questi nuovi materiali in sequenze rilevanti per l'applicazione prevista, in un processo simile all'impilamento dei mattoncini Lego. Dimostrando la possibilità di solidi covalenti 2-D, i ricercatori ora hanno più "lego" nel loro parco giochi per creare nuovi materiali con proprietà personalizzate.