В конце прошлого года стало известно, что в Красноярском научном центре Сибирского отделения Российской академии наук изобрели новый синтетический двумерный материал. Он может активно использоваться в нанофотонике, фото- и электрокатализе и в производстве электродных материалов. О свойствах нового материала подробнее читайте в статье.
Достижение российских ученых в сфере 2D-материалов
В 21 веке внимание мировых ученых стали привлекать двумерные материалы атомарной толщины. Началось всё с глубокого изучения графена. В 2010 году Нобелевскую премию за его открытие получили физики с российскими корнями Андрей Гейм и Константин Новоселов.
Новые двумерные сульфидно-гидроксидные материалы на основе валлериита разработали ученые ФИЦ КНЦ СО РАН. Это принципиально новый подход к синтезу, потому что ранее попытки синтезировать валлериит не давали нужного результата. Основной причиной эксперты называли то, что продукты содержали слишком много побочных примесей.
Новый материал — это «нанохлопья» размером 100-200 нм и толщиной 10-20 нм. Эти «хлопья» ученые намерены использовать как своеобразные «кирпичики» для получения нанопленок и коллоидных дисперсий.
Главный научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН, доктор химических наук Юрий Михлин отметил:
«Полученные результаты показывают, что валлериит может быть платформой для разработки новых многофункциональных материалов с регулируемыми свойствами».
Ученые уверены, что свойства этих структур станут основой для создания абсолютно иных устройств электроники и спинтроники, а также источников тока и катализаторов. Метод имеет все шансы совершить масштабную революцию в электронике.
Разработка нового двухмерного материала наверняка станет основой для микроэлектроники будущего. Появляется возможность не вытравливать микроструктуры с помощью химикатов, а выращивать именно там, где необходимо, и с высоким разрешением, на что не способны нынешние технологии.
В чем заключается метод красноярских ученых
В природе существуют различные минералы семейства валлериита. Они образованы чередующимися атомными слоями гидроксида магния и сульфидов железа и меди; встречаются соединения и с другими металлами.
Но ученые Красноярского научного центра СО РАН смогли придумать простой и стабильный синтез. Это метод автоклавного гидротермального синтеза чистых и модифицированных слоистых материалов. То есть выработка происходит при повышенной температуре и давлении.
Таким способом можно получить новый материал, который состоит из чередующихся сульфидных и гидроксидных слоев, и полностью аналогичен натуральному валлерииту.
Кандидат химических наук научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Роман Борисов пояснил:
«[Ученые] Подобрали условия для гидротермального синтеза двумерного наноматериала, позволяющие получить практически чистые, без примесей, наноразмерные частицы валлериита. Этот способ синтеза оказался достаточно простым и хорошо воспроизводимым. Растворы реагентов смешиваются и загружаются в автоклав, который нагревается до 160°С при постоянном перемешивании. На выходе мы получили чистую фазу синтетического двумерного материала на основе структуры природного минерала валлериита. На данный момент проведено более двухсот синтезов».
Российский IT-проект SFERA — один из самых грандиозных проектов в мире. Релиз состоится совсем скоро. Поддержите новейшую разработку российских программистов — скачайте тестовую версию приложения в Google Play и AppStore. Благодарим за поддержку!
Перспективы новых 2D-материалов
Меняя состав полученных композитов, можно настраивать их физические и химические свойства для конкретных приложений. Это делает валлериит платформой для создания многофункциональных материалов с регулируемыми свойствами.
Несмотря на то что мы видим цифры при производстве процессоров в несколько нанометров, например, TSMC осваивает 3 нм, Китай достиг 5 нм, а Samsung подбирается всё к тем же 3 нм, к длине затвора транзистора, например, они не имеют никакого отношения.
Длина затвора транзистора по-прежнему остаётся на уровне 32 нм, как это было 10 лет назад. И чтобы преодолеть эти физические пределы, как раз и нужны новые технологии и новые материалы, которые прямо сейчас успешно создают российские ученые.
Некоторые характеристики изобретенного материала можно менять при введении различных добавок, например, атомов алюминия или хрома. Это дает возможность синтезировать аналоги и других минералов с похожей слоистой структурой.
«Изменяя состав, в частности, распределение железа между гидроксидными и сульфидными слоями и их заряды, можно управлять электронными, магнитными, оптическими, химическими свойствами наноразмерных композитов. Найденные необычные характеристики «валлериитов» делают их новым перспективным семейством 2D-материалов, которые могут найти применение в нанофотонике, фото- и электрокатализе, в производстве электродных материалов», — прокомментировал открытие доктор химических наук Юрий Михлин.
Автор:
Полина Богатова
Подпишитесь и поставьте лайк! Спасибо!
Читайте также:
Материал создан при поддержке проекта SFERA