Чудо-материал: впервые изготовлены отдельные фосфореновые 2D-наноленты

Впервые в мире международным сотрудничеством были получены отдельные гибкие ленты из кристаллического фосфора, и они могли бы произвести революцию в электронике и технологии быстрой зарядки аккумуляторов.

С момента выделения двумерного фосфорена (фосфорного эквивалента графена) в 2014 г. более 100 теоретических исследований предсказали, что в узких «лентах» этого материала могут проявиться новые и захватывающие свойства. Эти свойства могут быть чрезвычайно ценными для ряда отраслей промышленности.

В своем исследовании ученые из Университетского колледжа Лондона (UCL), Университета Бристоля, Университета Содружества Вирджинии и Политехнической школы Лозанны рассказывают о том, как они получили высококачественные ленты фосфорена из кристаллов черного фосфора и ионов лития.

Один из авторов исследования, д-р Крис Ховард (Chris Howard) из Отделения физики и астрономии UCL, сказал: «Это первый раз, когда были сделаны отдельные фосфореновые наноленты. Были предсказаны их захватывающие свойства, и области применения, где фосфореновые наноленты могут играть преобразующую роль, очень широки».

Работая в тесном сотрудничестве с Центром анализа поверхностей раздела Университета Бристоля в Школе физики и отделившейся из Университета Бристоля компанией Bristol Nano Dynamics Ltd, команда смогла найти и охарактеризовать размеры нанолент, нанесенных на поверхности, с беспрецедентной статистической проверкой.

Первый автор, Митчелл Уоттс (Mitchell Watts) из Департамента физики и астрономии UCL, добавил: «Используя передовые методы визуализации, мы очень подробно охарактеризовали ленты, обнаружив, что они чрезвычайно плоские, кристаллические и необычайно гибкие. Большинство из них имеют толщину только в один слой атомов, но там, где лента состоит более чем из одного слоя фосфорена, мы обнаружили плавные переходы между 1-2-3-4 слоями, где лента расщепляется, и каждый слой имеет различные электронные свойства».

Команда говорит, что предполагаемые области применения включают батареи, солнечные элементы, термоэлектрические устройства (для преобразования отработанного тепла в электричество), фотокатализ, наноэлектронику и квантовые вычисления.

Кроме того, также было предсказано появление «экзотических» эффектов, включая новый магнетизм, волны спиновой плотности и топологические состояния.

Новый метод может производить фосфореновые наноленты в больших количествах в жидкости, которая затем может быть использована для их нанесения в объеме при низких затратах для этих применений и множества других.

Наноленты получают путем смешивания черного фосфора с ионами лития, растворенными в жидком аммиаке при -50 ° С. Через 24 часа аммиак медленно удаляют и заменяют органическим растворителем, который образует раствор из нанолент различных размеров.

Доктор Ховард добавил: «Мы пытались сделать листы из фосфорена, поэтому были очень удивлены, обнаружив, что мы сделали ленты. Чтобы наноленты обладали четко определенными свойствами, их ширина должна быть одинаковой по всей длине, и мы обнаружили, что это именно так в случае для наших лент».

Продолжая изучать захватывающие фундаментальные свойства нанолент, команда намерена также рассмотреть их использование в приложениях для накопления энергии благодаря существующему сотрудничеству и сформировать новые связи для изучения электронного транспорта, термоэлектрических устройств и многого другого.

Топографические карты высокоскоростной атомно-силовой микроскопии сечений толщиной от 1 до 5 слоев из двумерных фосфореновых нанолент. Каждый слой имеет толщину немногим более 5 ангстрем, ширину 10 нанометров и измеренную длину более 75 микрон. Этот новый удивительный материал имеет множество предсказанных применений и теперь может быть получен в том объеме, который необходим для их изучения