İki boyutlu materyallerin izlenmesi büyür
Yeryüzündeki en ince yapılar arasındadırlar: "iki boyutlu materyaller", sadece bir veya birkaç atom tabakasından oluşan kristallerdir. Genellikle opto-elektronik ve enerji teknolojisinde pek çok yeni uygulama vaat ediyorlar. Bu malzemelerden biri, atomik olarak ince bir molibden ve sülfür atomları tabakası olan 2-D-molibden sülfittir.
Bu ultra ince kristallerin üretimi zordur. Kristallendirme süreci birçok farklı faktöre bağlıdır. Geçmişte, farklı teknikler oldukça çeşitli sonuçlar vermiştir, ancak bunun nedenleri doğru bir şekilde açıklanamamıştır. TU Wien, Viyana Üniversitesi ve Steiermark'daki Joanneum Research'te araştırma ekipleri tarafından geliştirilen yeni bir yöntem sayesinde, ilk kez artık kristalizasyon sürecini doğrudan elektron mikroskobu altında gözlemlemek mümkün. Yöntem şu anda ACS Nano bilimsel dergisinde sunulmuştur.
Gazdan kristale
“Molibden sülfit, şeffaf ve esnek güneş pillerinde veya enerji depolama için sürekli olarak hidrojen üretmede kullanılabilir” diyor ve bu çalışmanın baş yazarı, TU Wien Malzeme Kimya Enstitüsü'nden Bernhard C. Bayer. "Bunu yapmak için, yüksek kaliteli kristaller kontrollü koşullar altında yetiştirilmelidir."
Genellikle bu, atomlarla gaz halinde başlayarak ve daha sonra onları rasgele ve yapılandırılmamış bir şekilde bir yüzey üzerinde yoğunlaştırarak yapılır. İkinci bir adımda, atomlar, örneğin, ısıtma yoluyla düzenli kristal formda düzenlenir. Bayer, "Kristalizasyon süreci boyunca çeşitli kimyasal reaksiyonlar hala belirsizdir, bu da bu türden 2-D materyaller için daha iyi üretim yöntemleri geliştirmeyi çok zorlaştırmaktadır, " diyor.
Bununla birlikte, yeni bir yöntem sayesinde, şimdi kristalizasyon sürecinin ayrıntılarını doğru bir şekilde incelemek mümkün olmalıdır. Bayer, "Bu, deneme ve yanılma yoluyla denemeye artık gerek olmadığı anlamına geliyor, ancak süreçlerin daha derinlemesine anlaşılması sayesinde, istenen ürünü nasıl elde edeceğimizi kesin olarak söyleyebiliriz, " diye ekliyor Bayer.
Bir substrat olarak grafen
İlk olarak, molibden ve kükürt grafen yapılmış bir zar üzerine rastgele yerleştirilir. Grafen, muhtemelen 2-D malzemelerin en iyi bilinenidir - bal peteği kafesinde düzenlenmiş karbon atomlarından oluşan sadece bir atom tabakasının kalınlığı olan bir kristal. Rastgele düzenlenmiş molibden ve kükürt atomları daha sonra elektron mikroskobunda ince bir elektron ışını ile manipüle edilir. Aynı elektron ışını, süreci görüntülemek ve kristalizasyon işlemini başlatmak için eşzamanlı olarak kullanılabilir.
Böylelikle, ilk kez, atomların, yalnızca iki atomik katmanın kalınlığı ile malzemenin büyümesi sırasında nasıl hareket ettiğini ve yeniden düzenlendiğini doğrudan gözlemlemek mümkün hale gelmiştir. Bayer, "Bunu yaparken, en termodinamik açıdan kararlı konfigürasyonun mutlaka her zaman nihai hal olması gerekmediğini görebiliyoruz, " diyor. Farklı kristal düzenlemeler birbiriyle rekabet eder, birbirlerine dönüşür ve birbirlerini değiştirirler. “Dolayısıyla, önceki araştırmaların neden bu kadar çeşitli sonuçlara sahip olduğu açık. Şimdi karmaşık ve dinamik bir süreçle uğraşıyoruz.” Yeni bulgular, 2-D malzemelerin yapısını, yeniden düzenleme işlemlerine hedefli bir şekilde müdahale ederek gelecekte uygulama gerekliliklerine daha kesin bir şekilde uyum sağlamaya yardımcı olacaktır.