Группа специалистов в области материаловедения из Висконсинского университета в Мадисоне во главе с доцентом Сюйдуном Ваном (associate professor Xudong Wang) и постдоком Фэем Ваном (postdoctoral researcher Fei Wang) разработала новый метод синтеза двумерных нанолистов из материалов, не образующих естественным образом нанослоёв атомной толщины.
После шести лет кропотливой работы исследователи научились выращивать тончайшие листы оксида цинка и считают, что это достижение может иметь важные последствия для будущего производства наноматериалов и, в свою очередь, способно оказать влияние на производство различных электронных и биомедицинских устройств. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
По сути двумерный наноматериал напоминает обычный лист бумаги с тем отличием, что по одному измерению — толщине — он ограничен размерностью всего в несколько атомных слоёв. Электрохимические свойства наноматериалов отличны от свойств материалов, аналогичных по составу, но имеющих иную — более крупномасштабную — структуру.
«Что хорошо в 2D-наноматериалах, так это то, что таким листом гораздо проще манипулировать, чем наноматериалами других типов», — говорит Сюйдун Ван.
До сих пор учёные были вынуждены работать с естественными 2D-нанолистами. Среди таких природных 2D-наноструктур графен (однослойный графит) и ограниченное число других соединений. Необходимость разработки надёжного метода синтеза двумерных наноструктур из других материалов была насущным вопросом для исследователей и наноиндустрии в течение многих лет.
В технике, к которой в результате исследований пришла команда из Висконсинского университета в Мадисоне, применяется специально разработанное ПАВ, похожее на моющее средство, и жидкость, содержащая ионы цинка. Благодаря своим химическим свойствам, ПАВ растекается тончайшим слоем на поверхности жидкости. При этом содержащиеся в нём отрицательно заряженные сульфат-ионы притягивают к поверхности жидкости положительно заряженные ионы цинка. Проходит пара часов — и на поверхности жидкости формируется лист оксида цинка толщиной всего в несколько атомных слоёв.
Впервые идея формировать двумерные нанолисты с использованием ПАВ пришла в голову Сюйдуну Вану в 2009 году, когда он читал курс лекций о самосборке нанослоёв. После пяти лет проб и ошибок идея была воплощена в жизнь.
«Мы очень рады этому, — говорит Сюйдун Ван. — Это определённо новый способ изготовления двумерных нанолистов, у него большой потенциал для создания различных материалов для разнообразных применений».
Оксид цинка — важный компонент электронных материалов, нанолисты из него могут быть использованы в датчиках, измерительных приборах, в оптоэлектронике. Но это только первый шаг к возможной революции в деле создания 2D-наноматериалов. Уже сейчас команда Вана применяет свой новый [TBS_POPOVER placement=»top» title=»Сурфактант» content=»Плёнка поверхностно-активного вещества, находящаяся на границе «воздух—жидкость».» style=»border: 1px solid #ddd; padding: 3px;»]сурфактантный[/TBS_POPOVER] метод для выращивания двумерных монослоёв золота и палладия, в будущем же эта технология может быть применена для создания плоских наноструктур из всевозможных металлов, которые не образуют их естественно.