Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Những dải băng photpho tinh thể nhỏ, riêng lẻ đã được sản xuất đầu tiên trên thế giới và chúng có thể cách mạng hóa ngành công nghệ điện tử và sạc pin nhanh. Kể từ khi phân lập phosphorene 2 chiều, tương đương với phốt pho của graphene, năm 2014, hơn 100 nghiên cứu lý thuyết đã dự đoán rằng các tính chất mới và thú vị có thể xuất hiện bằng cách tạo ra các “dải băng” hẹp của vật liệu này. Những tính chất này có thể cực kỳ có giá trị đối với một loạt các ngành công nghiệp.
Các dải nhỏ, đơn lẻ, linh hoạt của phốt pho tinh thể đã được các nhà nghiên cứu UCL trên thế giới tạo ra lần đầu tiên và họ có thể cách mạng hóa ngành công nghệ điện tử sạc pin nhanh.
Kể từ khi phân lập phosphorene 2 chiều, tương đương với phốt pho của graphene, năm 2014, hơn 100 nghiên cứu lý thuyết đã dự đoán rằng các tính chất mới và thú vị có thể xuất hiện bằng cách tạo ra các “dải băng” hẹp của vật liệu này. Những tính chất này có thể cực kỳ có giá trị đối với một loạt các ngành công nghiệp.
Trong một nghiên cứu được công bố hôm nay trên tạp chí Nature , các nhà nghiên cứu từ UCL, Đại học Bristol, Virginia Commonwealth và Đại học và École Polytechnique Fédérale de Lausanne, mô tả cách họ hình thành một lượng ruy băng photphorene chất lượng cao từ các tinh thể photpho đen và ion lithium.
Tiến sĩ Chris Howard (UCL Vật lý & Thiên văn học UCL cho biết: “Đây là lần đầu tiên các dải nano photphorene riêng lẻ được tạo ra. Các tính chất thú vị đã được dự đoán và các ứng dụng trong đó các dải nano photphorene có thể đóng vai trò biến đổi rất rộng”.
Các dải băng hình thành với chiều cao điển hình của một lớp nguyên tử, chiều rộng từ 4-50nm và dài tới 75 mm. Tỷ lệ khung hình này tương đương với các dây cáp nối qua hai tòa tháp của Cầu Cổng Vàng.
“Bằng cách sử dụng các phương pháp hình ảnh tiên tiến, chúng tôi đã mô tả các dải ruy băng rất chi tiết vì chúng rất phẳng, tinh thể và linh hoạt khác thường. Hầu hết chỉ có một lớp nguyên tử dày nhưng trong đó ruy băng được tạo thành từ hơn một lớp photphorene , chúng tôi đã tìm thấy các bước liền mạch giữa các lớp 1-2-3-4 nơi dải băng tách ra. Điều này chưa từng thấy trước đây và mỗi lớp nên có các thuộc tính điện tử riêng biệt “, tác giả đầu tiên, Mitch Watts (UCL Vật lý & Thiên văn học) giải thích.
Trong khi các dải nano được chế tạo từ một số vật liệu như graphene, thì các dải nano photphorene được sản xuất ở đây có phạm vi chiều rộng, chiều cao, chiều dài và tỷ lệ khung hình lớn hơn. Hơn nữa, chúng có thể được sản xuất ở quy mô trong một chất lỏng mà sau đó có thể được sử dụng để áp dụng chúng với khối lượng với chi phí thấp cho các ứng dụng.
Nhóm nghiên cứu nói rằng các lĩnh vực ứng dụng được dự đoán bao gồm pin, pin mặt trời, thiết bị nhiệt điện để chuyển đổi nhiệt thải sang điện, quang xúc tác, điện tử nano và trong điện toán lượng tử. Hơn nữa, sự xuất hiện của các hiệu ứng kỳ lạ bao gồm từ tính mới, sóng mật độ spin và trạng thái tôpô cũng đã được dự đoán.
Các dải nano được hình thành bằng cách trộn phốt pho đen với các ion lithium hòa tan trong amoniac lỏng ở -50 độ C. Sau hai mươi bốn giờ, amoniac được loại bỏ và thay thế bằng dung môi hữu cơ tạo ra dung dịch băng nano có kích cỡ hỗn hợp.
“Chúng tôi đã cố gắng tạo ra các tấm photphorene nên chúng tôi đã rất ngạc nhiên khi phát hiện các dải ruy băng. Để các dải nano có các đặc tính được xác định rõ, chiều rộng của chúng phải đồng nhất dọc theo toàn bộ chiều dài của chúng và chúng tôi thấy đây chính xác là trường hợp của các dải ruy băng của chúng tôi , “Bác sĩ Howard nói.
“Đồng thời với việc phát hiện ra các dải ruy băng, các công cụ của chúng ta để mô tả hình thái của chúng đang phát triển nhanh chóng. Kính hiển vi lực nguyên tử tốc độ cao mà chúng tôi chế tạo tại Đại học Bristol có khả năng duy nhất để ánh xạ các đặc điểm nano của dải băng trên chúng chiều dài vĩ mô, “đồng tác giả Tiến sĩ Loren Picco (Vật lý VCU) giải thích.
“Chúng tôi cũng có thể đánh giá phạm vi chiều dài, chiều rộng và độ dày được tạo ra rất chi tiết bằng cách chụp ảnh hàng trăm dải ruy băng trên các khu vực rộng lớn.”
Trong khi tiếp tục nghiên cứu các tính chất cơ bản của dải nano, nhóm dự định cũng sẽ khám phá việc sử dụng chúng trong lưu trữ năng lượng, vận chuyển điện tử và nhiệt điện thông qua sự hợp tác toàn cầu mới và bằng cách làm việc với các nhóm chuyên gia trên khắp UCL.
Công trình được tài trợ bởi Hội đồng nghiên cứu khoa học vật lý và kỹ thuật và Học viện kỹ thuật hoàng gia.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học College London . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :