ในการศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้ วัสดุและการใช้งาน NPJ 2Dนักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบว่า vermiculite แร่สามารถประมวลผลใน nanosherases บาง ๆ ด้วยอะตอมกับสารกึ่งตัวนำและคุณสมบัติ antidestromagnetic โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับช่องว่างที่ติดค้างและเสื้อกันฝน
สินเชื่อรูปภาพ: mzinchenko/shutterstock.com
พื้นหลัง
เมื่อความต้องการวัสดุที่ปรับขนาดได้ผลกำไรและระบบนิเวศในอิเล็กทรอนิกส์รุ่นใหม่และโฟโตนิกส์เพิ่มขึ้นวัสดุสองมิติ (2D) ได้กลายเป็นพื้นที่หลักที่น่าสนใจ
Vermiculite แร่ธาตุเป็นสิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษเนื่องจากโครงสร้างซิลิเกต 2: 1 ซึ่งช่วยให้เขาสามารถบวมและแยกออกเป็นแต่ละแผ่น เลเยอร์เหล่านี้ประกอบด้วย Tetrahedra ซิลิคอน-เทลเน็กที่มีประจุลบและประจุบวกระหว่างชั้นที่มีประจุบวกซึ่งแตกต่างกันในองค์ประกอบ
ขึ้นอยู่กับว่าชั้น octaedric นั้นเต็มไปด้วยไอออนเช่นแมกนีเซียม (MG), อลูมิเนียม (AL) หรือเหล็ก (Fe), แร่สามารถเป็น dioctahedral หรือสาม -coated catwas inter -layer เช่นโพแทสเซียม (k+), แมกนีเซียม (Mg2+) หรือโซเดียม (Na+) ส่งผลกระทบต่อพฤติกรรมของการบวมและการแบ่งชั้นแร่
การศึกษาในปัจจุบัน
ทีมวิจัยตัดสินใจที่จะขัดผิว vermiculite ใน nanoskuna -เลเยอร์เดี่ยวโดยใช้วิธีการทางเคมีและเชิงกลจากนั้นแสดงคุณสมบัติทางกายภาพอิเล็กทรอนิกส์และแม่เหล็กของพวกเขา
ตัวอย่าง vermiculite ธรรมชาติมาจากภูมิภาคต่าง ๆ โดยพิจารณาว่าความแตกต่างขององค์ประกอบตามธรรมชาติสามารถส่งผลกระทบต่อทั้งกระบวนการของการแบ่งชั้นและคุณสมบัติสุดท้ายของ nanosks
ในการเตรียมแร่สำหรับการขัดผิว K+ ไอออนในช่องว่าง interlayer ถูกแทนที่ด้วยไอออน Na+ การแลกเปลี่ยนไอออนนี้ช่วยลดแรงไฟฟ้าสถิตทำให้การแยกชั้นระหว่างขั้นตอนต่อไป
การขัดผิวทางเคมีดำเนินการโดยใช้ตัวทำละลายเช่น dimethylosulfotlenek (DMSO), dimethylformamide (DMF) และ N-methyl formamide (NMF) ความสามารถของตัวทำละลายในการแทรกซึมระหว่างเลเยอร์และการส่งเสริมการบวมกลายเป็นสิ่งสำคัญ
หลังจากดื่มด่ำกับตัวอย่างพวกเขาได้รับ sonication ซึ่งทำลายวัสดุมวลเป็น nanosek บางตัว นักวิทยาศาสตร์ปรับปรุงตัวแปรเช่นประเภทของตัวทำละลายเวลา sonication และเงื่อนไขการแลกเปลี่ยนไอออนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและคุณภาพของแผ่น
ใช้เทคนิคลักษณะขั้นสูงสำหรับการวิเคราะห์ nanosects ที่เกิดขึ้น กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) วัดความหนาของแผ่นและขนาดด้านข้างในขณะที่ X -ray Diffraction (XRD) และวิธีการที่ใช้ซินโครตรอนได้รับการยืนยันความสมบูรณ์ของโครงสร้างและการขัดผิว
x -ray photoelectron spectroscopy (XPS) ได้ตรวจสอบเคมีพื้นผิวและองค์ประกอบเบื้องต้น มีการประเมินคุณสมบัติของแม่เหล็กโดยใช้สเปกโทรสโกปีของMössbauerและการคาดการณ์โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ได้รับการสนับสนุนโดยการจำลองทฤษฎีความหนาแน่นฟังก์ชั่น (DFT)
ผลลัพธ์และการอภิปราย
ด้วยการใช้กระบวนการทางเคมีเชิงกลแบบรวมนี้ทีมได้ทำการขัดผิว vermiculite อย่างมีประสิทธิภาพใน nanoscles monovieth -layer ประมาณ 0.95 นาโนเมตร การเปลี่ยน K+ Na+ ได้ปรับปรุงอาการบวมและการแบ่งชั้นอย่างมีนัยสำคัญ ในบรรดาตัวทำละลายที่ผ่านการทดสอบ DMSO, DMF และ NMF นั้นมีประสิทธิภาพมากที่สุดทำให้เกิดการขัดผิวที่สอดคล้องกันในแผ่นระดับสูง
ผลลัพธ์ XPS ยืนยันการแลกเปลี่ยนไอออนิกที่ประสบความสำเร็จและการเก็บรักษาเฟรมซิลิเกต Synchrotron XRD เปิดเผยยอดเขาที่กว้างขึ้นโดยทั่วไปของโครงสร้าง exfoliated ในขณะที่ยังคงลำดับวัสดุผลึก
การวัดทางอิเล็กทรอนิกส์แสดงให้เห็นว่า nanosctors เป็นเซมิคอนดักเตอร์มุมกว้างโดยมีช่องว่างพลังงานระหว่าง 3.3 และ 3.9 EV-fertilized ในแอปพลิเคชันความถี่สูงและความถี่สูงและกว้างกว่าในเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิมจำนวนมาก Mössbauer spectroscopy ตรวจพบคำสั่ง anti -ferromagnetic ในแผ่น, คุณสมบัติที่ต้องการสำหรับอุปกรณ์ spintronic พฤติกรรมแม่เหล็กนั้นเกี่ยวข้องกับระบบไอออนของโลหะในชั้น octaedric ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่เก็บรักษาไว้แม้หลังจากลอกออก
การจำลอง DFT ยังชี้ให้เห็นว่าการเปลี่ยนองค์ประกอบต่าง ๆ เช่นเหล็กหรืออลูมิเนียมสามารถใช้ในการปรับแต่งคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์และแม่เหล็ก ผลการวิจัยพบว่า nanoscins vermiculite สามารถผลิตในปริมาณมากโดยไม่มีข้อบกพร่องเชิงโครงสร้างซึ่งทำให้พวกเขาทำกำไรได้สำหรับการใช้งานทางอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูง
ดาวน์โหลดสำเนา PDF ทันที!
แอปพลิเคชัน
การศึกษาครั้งนี้นำเสนอ Vermiculite เป็นวัสดุที่มีแนวโน้มและสมดุลสำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ 2D มีความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติราคาถูกและปลอดภัยสำหรับสิ่งแวดล้อมเป็นแพลตฟอร์มที่น่าสนใจสำหรับการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และการปั่นรุ่นใหม่ ความสามารถของเขาในการปรับเปลี่ยนทางเคมีและการประมวลผลทางกลไกในนาโนคุณภาพสูงจะเพิ่มความน่าดึงดูดใจให้กับการใช้งานที่ปรับขนาดได้
แม้ว่าการค้นพบนี้จะให้กำลังใจนักวิทยาศาสตร์ยังเน้นถึงความจำเป็นในการทำงานต่อไป การวิจัยในอนาคตควรมีวัตถุประสงค์เพื่อปรับปรุงเทคนิคการแบ่งชั้นการควบคุมส่วนประกอบแร่ธาตุที่ดีขึ้นและตรวจสอบว่าโครงสร้างความไม่สมบูรณ์มีผลต่อประสิทธิภาพอย่างไร
นอกจากนี้เรายังต้องทดสอบว่า nanoshears เหล่านี้ทำงานอย่างไรในสภาพจริงและรวมเข้ากับอุปกรณ์โดยใช้วิธีการผลิตที่ปรับขนาดได้ในอุตสาหกรรม
การอ้างอิงของวารสาร
Pacakova B. และอื่น ๆ (2025) เซมิคอนดักเตอร์ 2D ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติพร้อมกับเงื่อนไขการต่อต้าน -Ferromagnetic ขั้นพื้นฐาน วัสดุและการใช้งาน NPJ 2D– สอง: 10.1038/s41699-025-00561-5