快捷搜索:  www.ymwears.cn

利用混沌作为工具-科学家发现了制作3d异质结构的新方法

美国能源部艾姆斯实验室的科学家和他们来自爱荷华州立大学的合作者开发了一种产生多层难以结合的异质结构固体的新方法。由不同构造块层组成的异质结构材料显示出独特的电子输运和磁特性,这些特性受其结构不同构造块之间的量子相互作用控制,并为电子和能源应用开辟了新的途径。

制作它们的技术很简单,但违反直觉,它需要粉碎原始材料来建造新的。这种被称为机械化学的技术使用球磨来分解结构不相称的固体;它们的原子排列不匹配;并将它们重新组合成独特的三维不适应物。异性恋的组件。用碾磨法把东西碾碎在一起似乎是实现原子顺序最不合理的方法,但它比科学家们自己想象的要成功得多。

我的一个同事评论说,我们的想法要么幼稚要么卓越,艾姆斯实验室的资深科学家维克多·巴勒马说。不久前,我们发现在机械铣削过程中,分层金属二卤化合物(TMDCs)会随机重组成三维异质组件。它完全出乎我们的意料,引发了我们对机械化学处理中原子排序的可能性的好奇。

金属硫系化合物在性质和用途上通常是独一无二的。它们可以显示出显著的电子输运行为,从完全缺乏导电性到超导性、光和热电性能、机械柔韧性,特别是能够形成稳定的二维单分子层、三维异质结构和其他纳米尺度的量子材料。

“,不合群分层化合物的纳米结构(多层陶瓷)形式的纳米管,纳米薄膜脱落(ferecrystals)和表已经调查了十多年,也可能提供了丰富的研究领域和令人兴奋的应用可再生能源、催化和光电,魏茨曼科学研究所的谢夫Tenne表示以色列和纳米结构的合成方面的专家。它们大规模应用的一个障碍是高温和长时间的生长过程,这是禁止大规模应用的。艾姆斯实验室Balema小组开发的机械化学过程,除了具有科学意义外,还让我们向这些有趣材料的实际应用又迈进了一步。

通常,这些复杂的材料,特别是那些具有最不寻常的结构和性质的材料,是用两种不同的合成方法制成的。第一种,被称为自上而下的合成,使用二维(2D)构建块来组装它们,使用加法制造技术。第二种方法,广义上被定义为自下而上的合成,使用涉及纯元素或小分子的逐步化学反应,将单个单层相互叠加。这两种方法都很麻烦,而且都有其他缺点,比如在实际应用程序中使用的可伸缩性很差。

艾姆斯实验室团队将这两种方法结合到一个机械化学过程中,该过程可以同时剥离、分解和重组初始材料,使其成为新的异质结构,尽管这些材料的晶体结构彼此不太匹配(即不匹配)。理论(DFT)计算,由x射线衍射的结果,支持扫描透射电子显微镜、拉曼光谱、电子传递研究,有史以来第一次,固态核磁共振(NMR)实验,解释了前体材料的重组机制,形成小说背后的驱动力在机械加工三维异质结构。

固态核磁共振波谱是表征由机械化学得到的粉状材料的理想技术。艾姆斯实验室科学家、爱荷华州立大学化学教授亚伦·罗西尼说。通过结合从固体核磁共振波谱获得的信息和其他表征技术,我们能够获得三维异质结构的完整图像。

###

参考文献:通过机械化学方法对不相称金属硫系进行拆卸和重新排序,史无前例地产生了三维异质结构作者Oleksandr Dolotko, Ihor Z. Hlova, Arjun K. Pathak, Yaroslav Mudryk, Vitalij K. Pecharsky, Prashant Singh, Duane D. Johnson, Brett W. Boote, Jingzhe Li, Emily A. Smith, Scott L. Carnahan, Aaron J. Rossini, Lin Zhou, Ely M. Eastman and Viktor P. Balema, Nature Communications, 2020年6月12日

DOI: 10.1038 / s41467 - 020 - 16672 - 0

实验合成工作是在艾姆斯实验室2019年实验室指导研发(LDRD)计划的赞助下进行的。理论支持、固体核磁共振波谱、结构和物理性质表征工作由美国能源部科学办公室资助。

艾姆斯实验室是美国能源部科学办公室国家实验室,由爱荷华州立大学运营。艾姆斯实验室创造创新的材料、技术和能源解决方案。我们利用我们的专业知识、独特的能力和跨学科合作来解决全球问题。

doe&o的科学办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者,并致力于解决我们这个时代的一些最紧迫的挑战。

您可能还会对下面的文章感兴趣: