Matériaux 2D artificiels
Matériaux 2D artificiels, image: Université de Manchester
Une équipe de recherche du National Graphene Institute de l'Université de Manchester a mis au point une nouvelle méthode de synthèse de matériaux 2D considérés comme impossibles ou du moins inaccessibles avec les technologies actuelles.
Le graphène était le premier matériau bidimensionnel au monde qui a ensuite ouvert la voie à l'isolement d'autres matériaux bidimensionnels.
Le graphène et les autres matériaux 2D ont généralement une contrepartie 3D appelée «analogue en vrac». Par exemple, le graphène est une seule couche d'atomes de carbone dérivés du graphite.
Récemment, on s'intéresse de plus en plus à la production de matériaux synthétiques 2D ne comportant pas d'analogue en vrac en couches. Les chercheurs ont commencé à s'intéresser aux matériaux 2D qui n'ont pas d'équivalent 3D.
Traditionnellement, les matériaux 2D sont isolés par un processus appelé exfoliation mécanique - absorbant le matériau en vrac et exfoliant les couches les unes des autres jusqu'à ce qu'une seule couche soit atteinte.
Contrairement à ces cristaux en couches, les matériaux sans structures en couches sont maintenus ensemble par des liaisons covalentes entre les plans atomiques qui ne permettent pas une exfoliation mécanique.
Tel que publié dans Nano Letters, l’équipe de l’Université a pu transformer chimiquement des couches de matériaux stratifiés existants en un nouveau matériau bi-dimensionnel covalent. Par exemple, le séléniure d'indium 2D exfolié mécaniquement (InSe) est converti en fluorure d'indium mince (InF3), qui présente une structure non enrobée et qu'il est donc impossible d'obtenir par exfoliation, par un procédé de fluoration.
"Nous pensons que notre travail représente une avancée significative dans le domaine de la science des matériaux et une étape décisive dans le développement de matériaux 2D artificiels."
Professeur Rahul Nair
En fait, la stratégie de conversion chimique proposée par le matériau 2D n’est rien d’autre que la suture chimique de couches atomiques à partir de matériaux 2D existants.
Le nouveau fluorure d'indium 2D qui en résulte est un semi-conducteur qui présente une transparence optique élevée dans les régions spectrales visible et infrarouge et qui pourrait potentiellement être utilisé comme verre 2D.
Le professeur Rahul Nair de l'Institut national du graphène et du Département de génie chimique et des sciences analytiques, qui a dirigé l'équipe, a déclaré: «La modification chimique des matériaux s'est avérée être un outil puissant pour créer de nouveaux matériaux aux propriétés souhaitables et souvent inhabituelles. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour comprendre la transformation chimique des matériaux 2D au niveau atomique, y compris les effets de l'orientation relative et de la synergie entre les couches atomiques individuelles sur leur réactivité chimique. Nous pensons que notre travail représente une avancée significative dans la science des matériaux et représente une étape importante dans le développement de matériaux 2D artificiels. "
Vishnu Sreepal, qui a dirigé les expériences et est l'auteur principal de cet article, a déclaré: «Notre travail montre clairement la possibilité de fabriquer des matériaux covalents 2D artificiels. Le processus est contrôlable, facile à exécuter et très efficace. En contrôlant précisément l'épaisseur des couches 2D de départ, l'épaisseur des nouveaux matériaux covalents 2D peut être contrôlée avec une précision atomique. Le nouveau matériau 2D covalent peut également être dopé avec des dopants de manière contrôlée.
«Nous démontrons également l'évolutivité de notre approche en convertissant chimiquement de grands films InSe minces en films InF3». De plus, l'équipe voit la possibilité d'étendre cette conversion chimique aux hétérostructures de van der Waals afin d'obtenir des solides hétéro-covalents artificiels.
En superposant des atomes dans un ordre précisément choisi, les soi-disant hétérostructures, des matériaux de conception peuvent être créés avec certaines propriétés qui ne se produisent pas naturellement et ont certaines propriétés. Les chercheurs assemblent ces nouveaux matériaux dans des séquences pertinentes pour l'application, similaires à l'empilement de briques Lego. En démontrant la possibilité de solides 2D covalents, les chercheurs ont désormais plus de «Legos» sur leur terrain de jeu pour développer de nouveaux matériaux aux propriétés sur mesure.
Les travaux ont été réalisés en collaboration avec l'Université d'Anvers, en Belgique, l'Université de Nottingham, l'Académie nationale des sciences de l'Ukraine et l'Institut de technologie d'Izmir, en Turquie.
Advanced Materials est l'un des principaux domaines de recherche de l'Université de Manchester - des exemples de découvertes révolutionnaires, de collaboration interdisciplinaire et de partenariats intersectoriels qui répondent à certaines des plus grandes questions de la planète.
Message et photos de l'Université de Manchester Translation: Institute for Rare Earths and Metals
