En ny prosess for å bygge 2D-materialer muliggjort av kvanteberegninger

Kvanteberegninger utført av forskere fra University of Surrey har gjort det mulig for forskere å oppdage nye “faser” av todimensjonalt (2D) materiale som kan brukes til å utvikle neste generasjon brenselcelleenheter.

Beregningene hjalp Graz teknologiske universitets forskning på veksten av et av de mest lovende 2D-materialene, sekskantet bornitrid (h-BN) – som har en honningkake krystallstruktur nesten identisk med det mest kjente 2D-materialet, grafen.

Dr. Anton Tamtögl, prosjektleder fra Graz teknologiske universitet, sier at “de nanoporøse fasene som ble oppdaget under forskningen vår ikke er av rent akademisk interesse – de tilbyr potensiale for bruksområder som sensormaterialer, nanoreaktorer og membraner. Dette arbeidet illustrerer at grunnleggende fysikk og kjemi tilbyr veier til virkelig relevante nanoteknologiapplikasjoner.”

Ultratynne 2D-materialer dyrkes ofte ved å eksponere en varm metalloverflate for en bestemt gass, noe som resulterer i at gassen brytes ned på metallet og danner det ønskede 2D-materialet. På grunn av de varme temperaturene som er involvert, er det vanskelig å overvåke veksten av 2D-materialer under de flere mellomliggende trinnene som er involvert før 2D-materialet er fullført.

Resultatene oppnådd av Graz sin gruppe viser at før h-BN dannes, kan andre 2D overflatestrukturer isoleres.

Kvantemekaniske beregninger ledet av Surreys Dr. Marco Sacchi har gjort det mulig for kollegene deres å forstå at disse ordnede strukturene er laget av hull med regelmessig avstand (såkalte nanoporer) av h-BN. Dette er første gang disse åpne strukturene er identifisert, og deres rolle under veksten av h-BN har blitt observert.

Dr. Marco Sacchi fra University of Surrey sier at de «beviste at kombinasjonen av eksperimenter og kvantekjemiske beregninger kan gi ny og viktig innsikt i veksten av 2D-materialer».

“Vi planlegger allerede å bruke metoden vår for å studere veksten av andre 2D-materialer, og vi jobber med internasjonale samarbeidspartnere for å finne måter å akselerere utviklingen av disse lovende materialene.”

Anthony Payne, medforfatter fra University of Surrey, sier at “disse nanoporene er ulikt noe som er sett før og kan åpne opp for en ny generasjon av nanomaterialer med spennende muligheter innen nanoteknologi og katalyse.”

Adrian Ruckhofer fra Graz University of Technology sier at “å finne en ny fase for et så kjent og teknologisk viktig 2D-materiale er som å oppdage en helt ny sommerfuglart i sin egen hage.”

Forskningen er publisert av tidsskriftet Horisonter i nanoskala.

---

---