นักเคมีจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ (NUS) ได้มุ่งมั่นที่จะชุมนุมแบบไดนามิกของเฟรมอินทรีย์สองชั้น (COP) ในการแก้ปัญหาซึ่งให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ในการสร้าง Superlattice Moiréและกองควบคุม การศึกษาถูกตีพิมพ์ใน เคมีของธรรมชาติ
เมื่อเครือข่ายหนึ่งถูกหมุนเมื่อเทียบกับอีกเครือข่ายในโครงสร้างที่จัดขึ้นเฟสอิเล็กตรอนที่สัมพันธ์กันใหม่อาจปรากฏขึ้น Moiré Superlattice เป็นแนวคิดหลักในสาขา “Twistronics” ในเฟสอิเล็กตรอนที่มีความสัมพันธ์การโต้ตอบระหว่างอิเล็กตรอนมีผลต่อคุณสมบัติของพวกเขาอย่างมีนัยสำคัญและไม่ทำตัวเป็นอนุภาคแต่ละตัว สิ่งนี้สามารถนำไปสู่ปรากฏการณ์ที่เป็นเอกลักษณ์เช่น ferromagnetism หรือ superconductivity
ผลึกอินทรีย์บริสุทธิ์แสดงการก่อตัวของMoiré Superlatives น้อยกว่าวัสดุอนินทรีย์บริสุทธิ์ หนึ่งในเหตุผลคือในกรณีของการถ่ายภาพmoiré superlettice โดยใช้เทคนิคกล้องจุลทรรศน์แบบดั้งเดิมวัสดุจะต้องบางมากและผลึก – ยากที่จะประสบความสำเร็จในวัสดุอินทรีย์
เกจสองมิติเฟรมอินทรีย์ (เซลล์ 2D) เป็นวัสดุอินทรีย์ที่มีรูพรุนสูงซึ่งมีศักยภาพอย่างมีนัยสำคัญในการเก็บก๊าซการเก็บพลังงานและการเร่งปฏิกิริยา โครงสร้างเหล่านี้ประกอบด้วยเลเยอร์ที่ถูกผูกไว้กับโควาเลนต์ที่จัดโดยกองกำลังแวนเดอร์วาลส์และปฏิสัมพันธ์ไฟฟ้าสถิต อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนจาก monoviem เป็นทั้งสอง -เลเยอร์นั้นเป็นที่เข้าใจได้ไม่ดีเนื่องจากการมีปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนของแรงผูกพันเช่นพันธะไฟฟ้าสถิตและไฮโดรเจน
ชั้นที่สองในวัสดุเหล่านี้จะต้องจัดเรียงอย่างแม่นยำเนื่องจากการไม่เข้าสังคมสามารถลดผลึกของวัสดุได้ การสร้างผลึกแต่ละตัวถึงขนาดใหญ่กว่ามิลลิเมตรนั้นยากเนื่องจากข้อผิดพลาดในการผูกมัดที่อาจเกิดขึ้นทั้งในมิติแนวนอน (XY) และแนวตั้ง (Z)
ปัญหาความเป็นผลึกมักเกิดจากการไม่ตั้งค่าระหว่างการวางโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการกำจัดแบบหมุนระหว่างเลเยอร์ การสังเกตกระบวนการสแต็กในระหว่างการเจริญเติบโตเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อทำความเข้าใจกลไกนี้ แต่เป็นเรื่องยากเพราะกระบวนการเกิดขึ้นในการแก้ปัญหา
ผลึกที่ไม่ดีเป็นผลมาจากการวางแบบสุ่มและการสร้างพันธะระหว่างการสังเคราะห์ความร้อนด้วยความร้อนซึ่งมักจะทำให้คริสตัลโดเมนน้อยกว่าหลายสิบไมครอน ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับการวางเลเยอร์สามารถปรับปรุงวิธีการสังเคราะห์และเปิดใช้งานการผลิตผลึกตำรวจขนาดใหญ่
ในขณะที่การสังเคราะห์โพลีเมอร์ 2D (2DP) โมโน -เลเยอร์โพลีเมอร์มีความคืบหน้าอย่างมีนัยสำคัญการพัฒนาสแต็ค 2DP สองชั้นยังคงอยู่ในช่วงแรก เนื่องจากวัสดุ 2D สามารถจัดหรือบิดเพื่อสร้างวัสดุใหม่ที่มีคุณสมบัติแตกต่างจากแต่ละชั้นพื้นที่นี้มีศักยภาพที่ดี Twistronics นำไปสู่การพัฒนาในวัสดุอนินทรีย์ แต่ยังไม่ได้สำรวจส่วนใหญ่ในวัสดุอินทรีย์ 2D
ความก้าวหน้าในการสังเคราะห์และการถ่ายภาพสองชั้น
ทีมจากแผนกเคมีของ NUS ภายใต้การดูแลของศาสตราจารย์ Loh Kiana Ping ได้สร้างเทคนิคในการสร้างสองงานในพื้นที่ขนาดใหญ่บนอินเทอร์เฟซเรือดำน้ำเหลว โมเลกุลเคมีถูกควบแน่นโดยตรงและทีมใช้กล้องจุลทรรศน์สแกนของอุโมงค์ (STM) ในการแก้ปัญหากระบวนการประกอบโมเลกุลและจับภาพการสร้างทั้ง monovist และ double -layer
ทีมยังแสดงให้เห็นว่าการผสมของตัวทำละลายและโครงสร้างโมเลกุลมีผลต่อสองชั้นสองชั้นแสดงให้เห็นว่าการจัดเรียงที่บิดเบี้ยวของ doublements สามารถผลิตmoiré superlks ในพื้นที่ขนาดใหญ่ภายใต้เงื่อนไขบางประการ
ตำรวจเป็นความท้าทายที่สำคัญสำหรับการถ่ายภาพ STM ในสภาพของสูญญากาศอากาศหรือสูงเป็นพิเศษ (UHV) เนื่องจากธรรมชาติที่มีรูพรุนและอินทรีย์สูง ตัวทำละลายมักเติมรูขุมขนตำรวจและสารตกค้างสามารถติดอยู่บนพื้นผิวของพวกเขาทำให้การถ่ายภาพอะตอมมีความซับซ้อน โดยการถ่ายภาพ COP โดยตรงในการแก้ปัญหาที่พื้นผิวสะอาดกว่าหลังจากเปิดเผยอากาศทีมจะเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ได้
STM ในการแก้ปัญหาช่วยให้เราสามารถตรวจสอบกระบวนการไดนามิกของการจัดระเบียบตัวเองของเฟรมโมเลกุลแบบเรียลไทม์แบบเรียลไทม์–
Loh Kian Ping, ศาสตราจารย์และผู้จัดการการศึกษา, คณะเคมี, มหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์
Moiré superlettics และมุมหมุนควบคุม
เมื่อโครงสร้างเป็นระยะสองชั้นเช่นวัสดุ 2D จะถูกวางด้วยแกนขนาดเล็กที่ไม่ใช่ -แกนหรือในมุมที่แตกต่างกันMoiré superlattes จะถูกสร้างขึ้น การไม่เข้าสังคมนี้ทำให้เกิดช่วงเวลาใหม่ซึ่งขาดหายไปในหนึ่งในเลเยอร์ดั้งเดิม การเปรียบเทียบที่เรียบง่ายคือการวางแถบกระดาษสองชุดและหมุนเล็กน้อยซึ่งส่งผลให้รูปแบบใหม่
Moiré superlettics มีความสำคัญในฟิสิกส์และคำสอนเกี่ยวกับเรื่องย่อเพราะพวกเขาสามารถทำให้เกิดพฤติกรรมและคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่ซ้ำกันที่ไม่สามารถพบได้ในแต่ละชั้น
นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถควบคุมมุมของเลเยอร์ COF ได้อย่างแม่นยำเพื่อสร้าง Superlatta Moiréโดยการออกแบบโมเลกุลของสารตั้งต้นเฉพาะ ซึ่งแตกต่างจากวัสดุ 2D อนินทรีย์ซึ่งการเปลี่ยนมุมมักจะคาดเดาไม่ได้และยากต่อการควบคุมการควบคุม 2D ช่วยให้คุณสามารถปรับมุมเลี้ยวได้โดยการออกแบบสารตั้งต้นของโมเลกุล
นักวิทยาศาสตร์เปรียบเทียบไอโซเมอร์โมโนเมอร์สองชนิดแยกกัน: กรดไพรีน -2.7-dibornic (27-PDBA) และกรดไพรีน -1,6-dibribone (16-PDBA) ชั้น 27-PDBA ที่สองอาจบิดเบี้ยวเมื่อเทียบกับเลเยอร์แรกหรือจัดตำแหน่งในการกำหนดค่าที่หยุดโดย AA ในทางกลับกัน 16-PDBA ได้ก่อตัวขึ้นเป็นเพียงโครงสร้างMoiréที่เป็นเครื่องแบบ ความแตกต่างนี้เกิดจากการเปลี่ยนแปลงศักยภาพไฟฟ้าสถิต ซึ่งแตกต่างจาก 16-PDBA ซึ่งมีศักยภาพไฟฟ้าสถิตที่แบนมากขึ้น 27-PDBA มีผู้ป่วยที่เข้มข้นของภาระเชิงลบในวงแหวนโบโรซ์ซินซึ่งอาจขัดขวางการก่อตัวของเฟสบิด
ผลกระทบและทิศทางในอนาคต
การสังเคราะห์ที่ควบคุมของฟอยล์อินทรีย์ที่มีรูพรุนที่มีรูพรุนเป็นพิเศษในขณะนี้มีความเข้าใจในชั้นของเซลล์ ภาพยนตร์เหล่านี้ที่มีโครงสร้างช่องทางที่ปรับได้อย่างแม่นยำสามารถทำหน้าที่เป็นเลเยอร์ตัวกรองที่เข้มข้นเป็นพิเศษในแอพพลิเคชั่น nanofiltration นอกจากนี้ความสามารถในการปรับมุมเลี้ยวใน COF ที่จัดเรียงจะเปิดโอกาสใหม่ในการควบคุมเฟสและโพลาไรเซชันของการแพร่กระจายแสง
ในอนาคตนักวิทยาศาสตร์มีวัตถุประสงค์เพื่อขยายแนวคิดนี้ไปยังสารตั้งต้นระดับโมเลกุลที่กว้างขึ้นด้วยเคมีการเชื่อมต่อต่างๆ เป้าหมายของพวกเขาคือการบรรลุการควบคุมมุมการหมุนในสแต็ค COF double -layer ซึ่งสามารถปลดล็อกแอพพลิเคชั่นเพิ่มเติมในการกรองและวัสดุทางแสง
อ้างอิงถึงวารสาร:
Zhan, G. , และใน– (2025) Moiréสองมิติโควาเลนต์เฟรมอินทรีย์ Superlites เคมีของธรรมชาติ– doi.org/10.1038/S41557-025-01748-5
แหล่งที่มา:
มหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์