Zobrazení atomů v kapalině v prostředí mezi dvěma plátky grafenu. Credit: The University of Manchester

Třikrát 2D: slída jako polovodič, 2D iontové kapaliny, zobrazili pohyb atomů mezi plátky grafenu

Minerál muskovit, druh slídy, se v elektronice používá jako izolant. Nový výzkum nicméně ukázal, že ve 2D podobě, eventuálně už při ztenčení na několik vrstev, se tento materiál chová jako polovodič. To, že k přechodu do vodivostního pásu potřebují elektrony méně energie, je dáno zřejmě tím, že čím tenčí vrstva, tím větší roli hrají nečistoty na povrchu. Růst vodivosti se začíná projevovat zhruba u tloušťky 20 nm (cca 10 vrstev), plátek tlustý 10 nm je oproti 20 nm vodivější asi 1000krát. Autoři příslušné studie navrhují, že muskovit by díky tomu mohl mít i další použití, protože tento materiál je ve srovnání s jinými polovodiči chemicky velmi stabilní a vydrží i vysoké teploty a tlaky. Nepoškodí ho ani mechanické namáhání, čili by se mohl používat i v rámci nositelné pružné a ohebné elektroniky atd.
Muskovit má chemický vzorec KAl2(AlSi3O10)(OH,F)2.

Ankit Arora et al, Thickness-Dependent Nonlinear Electrical Conductivity of Few-Layer Muscovite Mica, Physical Review Applied (2022). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.17.064042
Zdroj: Shibaura Institute of Technology / Phys.org

Mezi plátky grafenu dokázali sledovat pohyb jednotlivých atomů kapalinou
Specialisté na grafen z University of Manchester (místo, kde byl grafen v roce 2004 objeven) vytvořili pomocí 2D materiálů speciální prostředí (dle průvodní tiskové zprávy „nano-Petriho miska“, fakticky spíš trubička) umožňující sledovat pohyby atomů v kapalině. Týmu se díky tomu poprvé podařilo pořídit snímky jednotlivých atomů a jejich „plavání“.
Je-li povrch pevné látky v kontaktu s kapalinou, obě látky mění svou konfiguraci v reakci na blízkost té druhé. Takové interakce na rozhraní pevné látky a kapaliny v atomárním měřítku řídí chování baterií a palivových článků, uplatňuje se při čištění vody nebo u řady procesů v živých organismech. Jednou z mála technik, která dosud umožňovala pozorovat a analyzovat jednotlivé atomy, je transmisní elektronová mikroskopie (TEM). Přístroj TEM však vyžaduje prostředí s vysokým vakuem a struktura materiálů se ve vakuu mění. První autor nové studie Nick Clark uvádí, že jejich práce ukázala, že v prostředí kapalných „buněk“ získali opravdu jiné výsledky než při sledování atomů ve vakuu.
Nové pokusy byly provedeny v tzv. dvojitém grafenovém kapalném článku. To znamená, že 2D vrstva sulfidu molybdeničitého MoS2 byla umístěna do kapaliny mezi dvěma vrstvami grafenu. Toto prostředí pak umožnilo pořídit unikátní videa, na nichž jsou vidět jednotlivé atomy pohybující se v kapalině.

Nick Clark et al, Tracking single adatoms in liquid in a Transmission Electron Microscope, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05130-0
Zdroj: University of Manchester / Phys.org

Unikátní vlastnosti slibují i 2D iontové kapaliny
Vědci z Čínské akademie věd uvádějí, že zajímavé vlastnosti by mohly mít ve 2D formě také iontové kapaliny. Konkrétně hlavní autoři výzkumu Zhang Suojiang a He Hongyan zmiňují monovrstvu iontových kapalin na kovovém povrchu. Kapalina zde vytvoří pravidelnou šachovnicovou strukturu, která je schopna velmi efektivně adsorbovat a zase uvolňovat oxid uhličitý. U iontové kapaliny s aniontem PF6 se podíl zachyceného CO2 (poměr zachycených molekul ku molekulám adsorbentu) mezi 2D a objemovou kapalinou zvyšuje minimálně o jeden řád. Nasnadě je tedy využití 2D iontových kapalin při zachytávání CO2. Zajímavé také je, že u monovrstev iontových kapalin dochází k anomálnímu tání/tuhnutí, kdy proces probíhá postupně a struktura má různé mezistavy. U objemových iontových kapalin nic podobného neznáme. I jiné přesně navržené 2D kapaliny by se mohly uplatňovat v chemickém průmyslu jako speciální katalyzátory, rozpouštědla nebo elektrolyty.

Hongyan He, Two dimensional ionic liquids with anomalous stepwise melting process and ultrahigh CO2 adsorption capacity, Cell Reports Physical Science (2022). DOI: 10.1016/j.xcrp.2022.100979. https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(22)00265-X
Zdroj: Chinese Academy of Sciences / Phys.org
Viz také: Elektrolyty z iontových kapalin slibují zvýšení výkonu baterií

Sedm objevů Ameriky

Asi každý dnes ví, že před Kolumbem objevili Ameriku Vikingové. Co se tedy myslí celkem …

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close