Materialen van één atoom dik zijn nog niet verder gegaan dan wetenschappelijke laboratoria, maar hun vooruitzichten zijn zeer gunstig. Geïnspireerd door de triomf van grafeen, begonnen natuurkundigen andere tweedimensionale structuren uit te vinden die zeer onverwachte toepassingen konden vinden.
Het 2D-materiaal maakt het elektronische apparaat nog meer geminiaturiseerd. Dit is het voordeel - en niet het enige - ten opzichte van gewone, omvangrijke lichamen. Een ultradunne laag materie krijgt nieuwe optische, mechanische en elektronische eigenschappen.
Stel je een lege boekenkast voor. De boeken kunnen uiteraard alleen in de schappen worden gelegd. In dit geval zijn het de energiewaarden die beschikbaar komen voor elektronen als de grootte van het lichaam wordt teruggebracht tot minimale waarden, bijvoorbeeld tot de diameter van een atoom. Dit is hoe het principe van dimensionale kwantisering zich manifesteert.
De sandwich van grafeen verandert …
Van de tweedimensionale materialen die tot nu toe zijn gemaakt, heeft alleen grafeen commerciële perspectieven. Bovendien stellen wetenschappers voor om de reikwijdte van dit materiaal niet te beperken tot elektronica. Hoe zit het met grafeen kogelvrije vesten? Op het eerste gezicht is het idee vreemd - dit is tenslotte een zacht materiaal, in feite grafiet, waarvan potloodstiftjes zijn gemaakt. Maar twee lagen grafeen, op elkaar gestapeld, zullen absoluut verbazingwekkende eigenschappen vertonen: buitengewone hardheid wanneer er druk op wordt uitgeoefend en flexibiliteit na verzwakking van de impact. Dat hebben wetenschappers uit de Verenigde Staten en Europa onlangs aangetoond. Om een tweelaags grafeen te vormen, creëerden ze met een diamanten staaf een druk van één tot tien gigapascal, vergelijkbaar met de val van een honderdhonderd ton zware plaat per vierkante meter oppervlak.
Maar structuren van drie, vier en vijf grafeenlagen vertoonden dergelijke eigenschappen niet. Het bleek dat de ongebruikelijke sterkte van het nieuwe materiaal het gevolg is van een verandering in de "vorm" van elektronenorbitalen, wat onmogelijk is in andere configuraties van lagen.
Promotie video:
Platte lamp en flexibel display
"Dunner, flexibeler, helderder" is het motto van moderne displayfabrikanten, wat betekent dat ze wellicht geïnteresseerd zijn in 2D-materialen. Maar hoe laat je ze helder gloeien? Dit werd opgevolgd door specialisten van de Universiteit van Wenen, die een lichtbron ontwikkelden van molybdeensulfide (MoS2) met een dikte van één atoom.
Moleculaire structuurtekening van molybdeendisulfide / Depositphotos / ogwen.
Natuurkundigen bevestigden metalen elektroden aan een monolaag van deze stof en hingen de hele structuur in een vacuüm. Door er een elektrische stroom doorheen te leiden, dwongen ze het molybdeensulfide op te warmen en licht uit te stralen. Toegegeven, slechts een deel van de film scheen, waarvan de lengte niet langer was dan 150 nanometer. Maar grote problemen zijn begonnen! De auteurs van de studie beloven om tweedimensionaal molybdeensulfide authentieker te laten groeien, er een nieuw type lichtemitter op te testen, en dan is het misschien mogelijk om het te integreren in microschakelingen waaruit flexibele en heldere displays van één atoom dik zullen worden geproduceerd op een dag.
