Хемија за сите

Суперспроводливо дводимензионално мастило

Суперспроводливо дводимензионално мастило од волфрам дисулфид како основа за квантни компјутери

Во моментов се вложуваат големи напори во науката за материјали за истражување на уникатните својства на 2D материјалите. Од една страна, контролираните степени на слобода ги збогатуваат физичките својства на неколкуслојниот графен и дихалкогенидите од преодните метали, на кои се базираните новите и ќе бидат изградени идните технологии.

супермастило

Страничен поглед и поглед одозгора

Научниците од Универзитетот Принстон синтетизираа суперспроводливо дводимензионално мастило кое лесно може да се складира и примени во пракса. Оваа технологија, може да го револуционизира производството на микрочипови и флексибилна електроника и да го отвори патот за квантните компјутери. Дводимензионалните дихалкогениди на преодни метали (2D TMDs) се здобија со голем интерес поради нивниот уникатен прилагодлив процеп како функција од бројот на слоеви.

Дводимензионално мастило се нарекува затоа што ни овозможува да нанесеме слој со дебелина од една молекула. Создавањето дводимензионални предмети со користење на такви мастила не бара сложени техники, а добиените „цртежи“ се отпорни на околината и не бараат заштитни облоги. Благодарение на овие мастила, дводимензионалните материјали кои претходно беа достапни само во лабораторија можат да станат комерцијално достапни. Електрично спроводливо мастило може да се користи за цртање електрично спроводлив шаблон. Тие се користат за нанесување чипови на флексибилни површини и можат да бидат корисни во различни апликации, од потрошувачка електроника до суперкомпјутери.

Волфрам дисулфидот е првиот материјал кој беше откриен дека формира нејаглеродни наноцевки, во 1992 година. Оваа способност е поврзана со слоевитата структура на WS2. Наноцевките WS2 се испитани како средства за зајакнување и подобрување на механичките својства на полимерните нанокомпозити и се откри дека наноцевките од WS2 може да бидат подобри средства за зајакнување од јаглеродните наноцевки. Зголемената цврстина и отпорност на абење на мрежите од вака зајакнати полимерни влакна со помош на додавање на нејаглеродни-наноцевки може да има потенцијална употреба како материјали што апсорбираат удари, на пр. за балистички елеци.

балистички елеци

Наноцевките од WS2 се шупливи и може да се полнат со друг материјал, за да се зачува или да се води до саканата локација или да се генерираат нови својства во материјалот за полнење кој е ограничен во дијаметар од нанометарска скала. За оваа цел, хибриди од нејаглеродни наноцевки се направени со полнење на наноцевките WS2 со стопено олово, антимон или сол на бизмут јодид, за специјални намени.
Пред оваа иновација, најмногу се користела супстанцата(легурата) молибден волфрам дисулфид,(MoWS2) затоа што има добра термодинамичка стабилност на собна температура.
Како и MoS2 и WS2, MoWS2 има шестоаголна кристална структура, а масовните легури се формираат со натрупување на еднослојната легура преку Фан дер Валсовата интеракција. Секој монослој содржи една рамнина MoW во сендвич со две рамнини S, претставени како S-MoW-S слој.

Тенкослојните нанолистови на MoWS2 имаат примена во електрохемијата и поседуваат супериорни перформанси на реакција на развивање на водород. Исто така, се користи во развојот на оптичко уреди со високи перформанси, Q-преклопување, заклучување на режимот, оптичко ограничување и оптоелектронски уреди.

Прашокот од молибден волфрам дисулфид генерално се користи за подготовка на раствори од квантни точки MoWS2 и нано-тромбоцити со течна ексфолијација потпомогната со сонификација. Прашокот MoWS2 со висока чистота може да се користи и при таложење на CV за подготовка на висококвалитетни еднослојни филмови.

вофрам дисулфид

Волфрам дисулфид WS2

Материјалот за мастилото, кој беше синтетизиран од работната група на Принстон, беше волфрам дисулфид WS2. Познато е во форма на неколку модификации - исти во нивниот хемиски состав, но различни во кристалната структура на супстанците. За мастилото се користел таканаречениот 1T'-волфрам дисулфид. Прилично е тешко да се добие, бидејќи конвенционалните методи даваат мешавина од различни кристални структури. Претходно, беше предвидено дека дводимензионалните „снегулки“ од 1T' волфрам дисулфид може да имаат својство на суперспроводливост. Сепак, не постоеше пригоден начин да се добијат овие „снегулки“ на индустриско ниво.

супермастило снегулка

Технологијата за добивање „снегулки“ беше претходно разработена на слична супстанца - волфрам дителлурид. Но, дводимензионалното мастило направено од него се покажа дека е нестабилно во воздухот и бара сложени органски стабилизирачки молекули.

И постојните методи не дозволуваа изолирање на чистата 1T'-фаза на дводимензионален волфрам дисулфид; се покажа дека е загадена со други кристални фази.

Како почетен материјал за синтеза на волфрам дисулфид, научниците обично користеле калиум-волфрам дисулфид, но тие не биле во можност да создадат мономолекуларен волфрам дисулфид со саканата кристална структура. Еден студент од Принстон сфатил како да го готви почетниот материјал на висока температура, што ја создало саканата кристална структура со подредени слоеви на WS2. За да се отстранат јоните на калиум, добиената супстанца била потопена во киселина, а за да се ексфолира во мономолекуларни слоеви, била озрачена со ултразвук. Така, добиени се мономолекуларни слоеви на волфрам дисулфид со саканата структура. Потоа монослоевите беа центрифугирани и ставени во обична вода.

Добиеното мастило, како што се испоставило, има голем број неверојатни својства. Тоа е стабилно на собна температура и својствата не се влошиле еден месец. Со такво мастило, можете да креирате „шаблони“ кои се исто така отпорни на надворешни влијанија и не бараат заштитни облоги. Тие можат да се нанесат на различни подлоги: силициум/силициум диоксид слоеви, индиум-калај оксидно стакло, боросиликатно стакло, полимерни материјали.

Но, највредното нешто се суперспроводливите својства на ова мастило. Тие имаат својства на спроводник на собна температура и преминуваат во суперспроводлива состојба на температура од 7,3 Келвини, што е повисока од сите вредности за дихалкогениди на преодни метали. Важно е добиениот волфрам дисулфид да ја има саканата кристална структура, инаку суперспроводливоста нема да функционира.

супермастило 3

Добиеното мастило од волфрам дисулфид е добар кандидат за тополошки изолатори, односно супстанци кои се распоредени како изолатор во волуменот, но како проводник на површината. Тополошките изолатори се сметаат за ветувачки материјал за транзистори без дисипација во квантните компјутери кои работат на квантниот ефект на Хол. (Ефектот Хол е појава во проводник во магнетно поле на електромоторна сила нормална на правците на струјата и магнетното поле.)

Отпорноста на добиеното дводимензионално мастило на надворешни влијанија го прави интересен материјал за проучување на односот помеѓу тополошките својства и суперспроводливоста. Леснотијата на синтеза и стабилноста на добиените мастила сугерираат дека тие можат да се применат во широк спектар на области, како што се квантно пресметување, производство на интегрирани кола и флексибилни уреди.

Принцип на добивање

За да направат мастилото, истражувачите започнувале со јонска цврста материја која го содржи саканиот материјал. Тоа цврсто тело потоа се потопува во киселина за да се отстранат несаканите компоненти. Сепак, добиените мастила често содржат дефекти - еднослојни во повеќе од еден атомски распоред. Научниците сфатиле дека е неопходна промена во методите на подготовка. Првата разлика била во температурата на производството. Тие започнале со калиум волфрам дисулфид (K0.5 WS2), кој дава многу помалку дефекти во финалното мастило од другите можни јонски цврсти материи. За разлика од претходните обиди, тие не го создавале тоа јонско цврсто тело на собна температура туку на 850 °C. Тоа резултирало со подредени кристали со сите WS2 слоеви во структурата 1T'.

За да се отстранат калиумовите јони, K0.5 WS2 е потопен во разредена киселина и е изложен на звучни бранови. Комбинирањето на осветлување со хемиската ексфолијација ја зачувало структурата 1T'. Потоа, останале само еднослојни варијанти на WS2. Тој нов процес произвел висок принос на метално мастило на собна температура; мастилото станува суперспроводливо под 7,3 K. Тие слоеви од 1T′-WS2 потоа се ставаат во центрифуга која ја заменува киселината со вода. Мастилото е суспендирано во вода и може да се чува најмалку еден месец. Иако звучи вообичаено, да се биде стабилен во вода - најевтиниот можен растворувач - на собна температура е голем скок напред за 2D суперспроводливо мастило.

Кога се користи, слој од мастило 1T'-WS2 со дебелина од една молекула може да се испечати на некои подлоги, како силициум-силициум диоксид и стакло обложено со индиум калај оксид и флексибилни подлоги како силиконски еластомер. Клучно е што се покажа дека мастилото е стабилно на собни температури 30 дена. Колата може да се состават на собна температура и да се инсталираат во крио средини каде што се јавува суперспроводливост. Таа разновидност му дава широк опсег на апликации што вклучува интегрирани кола и преносни уреди.

принцип

Шеми што го илустрираат методот во два чекора за раст на неколкуслојниот WS2 филм и процесот на ласерско разредување за еднослоен WS2

Автор на статијата: Блаже Димески
01 мај 2023
Велигденска хемија

Од хемиски аспект да ја разгледаме традицијата на боење на велигденски јајца

Карминска киселина

Некои работи е подобро да не се знаат. Прехранбена боја од бубачки

Роберт Бунзен не е заслужен само за пламеникот...

Овој генијален научник е многу, многу повеќе од иноватор на таа практична алатка

>> Прочитај повеќе слични содржини!   

донирај

Генерален спонзор

генерален спонзор

Пријатели на науката

спонзор
спонзор
спонзор

Презентации и поимници

Презентации за основно образование

e hemija

Презентации за средно образование

hemija .ppt

Контактни информации:

e-hemija logo

Здружение за унапредување и развој на образованието и науката
„Е-ХЕМИЈА“ – Прилеп

Испрати порака:
e-hemija контакт

Е-Хемија на Facebook:
e-hemija facebook

Е-Хемија на Twitter:
e-hemija facebook

Пријатели на науката:

Здружение за унапредување и развој на образованието и науката „Е-ХЕМИЈА“ – Прилеп
Copyright © 2024 ehemija.mk

WebDesign www.nainternet.mk

e-hemija