Naukowcy stworzyli wytrzymały materiał o wyjątkowych właściwościach fizycznych z tylko jednej warstwy atomowej molibdenu.
Materiały dwuwymiarowe, takie jak grafen, wykazują fascynujące właściwości, takie jak nadprzewodnictwo, niezwykła wytrzymałość i egzotyczne zjawiska kwantowe. Naukowcy z Forschungszentrum Jülich wraz z partnerami z Indyjskiego Instytutu Technologii w Patnie i Australijskiego Uniwersytetu w Newcastle stworzyli teraz specjalny materiał tego rodzaju, który wykazuje metaliczny charakter. Składa się z tylko jednej warstwy atomowej atomów molibdenu i jest określany jako molibdenen (ang. molybdenene).
Naukowcom udało się wyprodukować cienki arkusz metalicznego molibdenu o grubości zaledwie jednej warstwy atomowej. Nowy materiał jest zatem podobnie cienki jak grafen, prawdopodobnie najbardziej znany materiał 2D. Ten ostatni składa się z węgla i został po raz pierwszy wyizolowany w 2004 roku. Odkrycie wzbudziło duże zainteresowanie, ponieważ grafen przewodzi prąd i ciepło znacznie lepiej niż miedź i jest sto razy stabilniejszy niż stal.
Jednocześnie jest wyjątkowo lekki i elastyczny. Grafen ze względu na swoją specjalną strukturę 2D wykazuje również niezwykłe efekty elektromagnetyczne, które mogą umożliwić przełomowe innowacje w dziedzinie technologii kwantowej.
W ostatnich latach wprowadzono inne materiały 2D, takie jak fosforen czy german. Podobnie jak molibdenen wykazują imponujące właściwości, przy czym ten ostatni wciąż pod pewnymi względami różni się od innych materiałów 2D. „Wiele materiałów 2D jest wrażliwych na ciepło, ale molibdenen nie. Co więcej, jest to pierwszy metaliczny materiał 2D, w którym można przygotować wolnostojące warstwy” – wyjaśnia prof. Ilia Valov z Instytutu Petera Grünberga (PGI-7) w Forschungszentrum Jülich.
Naukowcy stworzyli nowy materiał 2D za pomocą kuchenki mikrofalowej, w której podgrzali mieszaninę siarczku molibdenu (MoS₂) i grafenu do żarzenia w temperaturze około 3000℃. W reakcji napędzanej mikrofalowym polem elektrycznym powstały drobno rozgałęzione struktury włosów, w których znajdują się zwężające się warstwy molibdenu. Nazywa się je również „wąsami”.
Już w pierwszych testach naukowcy mogli zaobserwować szereg przydatnych właściwości. „Molibdenen jest wyjątkowo stabilny mechanicznie. Można go zastosować na przykład jako powłokę elektrod, dzięki czemu akumulatory będą jeszcze mocniejsze i solidniejsze” – wyjaśnia Ilia Valov.
Naukowcy spodziewają się, że materiał będzie miał dalsze egzotyczne właściwości elektroniczne, podobne do grafenu, ze względu na specjalną strukturę 2D. Ze względu na swój metaliczny charakter zawiera również swobodnie poruszające się elektrony. Gromadzą się one po obu stronach molibdenenu, co czyni materiał interesującym kandydatem na katalizatory przyspieszające reakcje chemiczne.
We współpracy z Indyjskim Instytutem Technologii w Patnie i Australijskim Uniwersytetem w Newcastle naukowcom udało się już opracować praktyczne zastosowanie naukowe molibdenenu. Dzięki swojej stabilności oraz doskonałej przewodności elektrycznej i cieplnej idealnie nadaje się jako końcówka pomiarowa do mikroskopii sił atomowych (AFM) i spektroskopii RAMAN ze wzmocnieniem powierzchniowym (SERS).
Wstępne nagrania próbek pokazują, że molibdenen ma wiele zalet w porównaniu z uznanymi materiałami końcówek, a dzięki cienkiemu, płaskiemu kształtowi jest w stanie zapewnić szczególnie dobrą ochronę przed niepożądanymi sygnałami zakłócającymi.
Więcej informacji: Tumesh Kumar Sahu et al, Microwave synthesis of molybdenene from MoS₂, Nature Nanotechnology (2023). DOI: 10.1038/s41565-023-01484-2
➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!
źródło: Nature Nanotechnology | Phys.org
Od 2005 roku zajmuję się komunikacją internetową i e-marketingiem, jestem pasjonatem urządzeń mobilnych oraz nowych technologii – i nie waham się ich używać.