Materiały 2.5D mają spory potencjał. Gdzie można je wykorzystać?

Odpowiednie układanie materiałów dwuwymiarowych może doprowadzić do powstania tzw. materiałów 2.5D. Ich unikalne właściwości mogą przydawać się w wielu różnych dziedzinach.

Wśród nich wymienia się między innymi sztuczną inteligencję, elektronikę, motoryzację czy energetykę. Naukowcy zajmujący się tą kwestią zaprezentowali swoje pomysły dotyczące najnowszych osiągnięć i zastosowań materiałów 2.5D w czasopiśmie Science and Technology of Advanced Materials.

Czytaj też: Mechanika kwantowa i mutacje DNA – co je łączy?

O ile materiały 2D, jak na przykład słynny grafen, składają się z pojedynczej warstwy atomów i są wykorzystywane do tworzenia elastycznych paneli dotykowych, układów scalonych oraz czujników, tak materiały 2.5D mogą być nawet bardziej wszechstronne. Do ich wytwarzania używa się metody znanej jako CVD, która polega na nakładaniu warstwy (po jednym atomie lub cząsteczce) na powierzchnię ciała stałego. Stosuje się w tym celu również grafen, azotek boru czy przejściowe metale dwuchalkogenowe.

Za sprawą metody CVD Hiroki Ago z Uniwersytetu Kyushu i jego współpracownicy selektywnie zsyntetyzowali dwuwarstwę grafenu, czyli najprostszą formę materiału 2.5D. W formie katalizatora użyli w tym przypadku folii miedziano-niklowej o stosunkowo wysokim stężeniu niklu. Sprawia on, że węgiel jest wysoce rozpuszczalny, zapewniając większą kontrolę nad liczbą warstw grafenu.

Materiały 2.5D można wykorzystać na przykład motoryzacji i produkcji elektroniki

W obecności pola elektrycznego przyłożonego do dwuwarstwy grafenu pojawiła się możliwość włączania i wyłączania przewodnictwa. W przypadku jednowarstwowego grafenu się tego nie obserwuje. Z kolei warstwa grafenu i azotku boru wywołała kwantowe zjawisko Halla, za sprawą którego pole magnetyczne wytwarzało różnicę potencjałów. Na tym możliwe konfiguracje się nie kończą, a wśród potencjalnych zastosowań wymienia się na przykład przechowywanie informacji.

Czytaj też: Sadza lepsza od grafenu. Przynajmniej w przechwytywaniu ciepła słonecznego

Dzięki metodom zastosowanym przez badaczy możliwe było nawet tworzenie bardziej złożonych struktur pionowych, wliczając w to takie składające się z 29 naprzemiennych warstw grafenu i azotku boru. Nanoprzestrzenie tworzące się między poszczególnymi warstwami można było też wykorzystać do poprawienia właściwości elektrycznych, magnetycznych i optycznych materiału. Jeśli chodzi o kolejne etapy badań, to w grę wchodzą modyfikacje budowy ogniw słonecznych, akumulatorów, tworzenie urządzeń kwantowych i cechujących się bardzo niskim zużyciem energii.