Elementen in vloeibare metalen strijden om het oppervlak te winnen

Sommige legeringen zijn in vloeibare toestand bij of nabij kamertemperatuur. Deze legeringen zijn meestal samengesteld uit gallium en indium (elementen die worden gebruikt in spaarlampen), tin en bismut (materialen die worden gebruikt in constructies). De verhouding en de aard van elementen in vloeibare legeringen genereren buitengewone verschijnselen op het oppervlak van vloeibare metalen die tot nu toe zelden zijn onderzocht en dat is concurrentie tussen elementen om het oppervlak van legeringen te bezetten. Als zodanig is de samenstelling van het oppervlak van de legeringen anders dan die van de kern en dit oppervlak kan potentieel worden gebruikt voor het oogsten van nieuwe materialen met ongekende samenstellingen en eigenschappen.

Voor het eerst stelden onderzoekers van UNSW Sydney voor dat het fenomeen dat verband houdt met de oppervlakteconcurrentie tussen elementen kan worden gebruikt als een benadering voor het oogsten van gemengde metaaloxideplaten die in de elektronica kunnen worden gebruikt. Deze waarneming kan leiden tot nieuwe horizonten voor de productie van grote tweedimensionale (2D) elektronische materialen vanaf het oppervlak van vloeibare metalen voor toepassing in elektronische en optische industrieën. Conventioneel worden de fabricageprocessen die worden gebruikt om elektronische en optische apparaten te vervaardigen uitgevoerd in extreem schone omgevingen onder streng gecontroleerde omstandigheden met ultrazuivere materialen. De kleinste onzuiverheid leidt tot een aanzienlijk verlies van functionaliteit in het uiteindelijke apparaat. Deze processen zijn nog kritischer wanneer de doteermiddelen worden toegevoegd. Met het nieuw ontwikkelde proces worden de oppervlakteverrijking en dotering echter op natuurlijke wijze uitgevoerd in de legeringen en worden verontreinigingen door andere elementen vermeden.

Hier toonden onderzoekers het voorbeeld van bismut-tinlegeringen om het contrast tussen het oppervlak en de kern van vloeibare metalen te onderzoeken. Verrassend genoeg was in deze legeringen het bismutgehalte opmerkelijk kleiner dan tin in geoogste nanosheets, zelfs in zeer hoge concentraties bismut in de vloeibare legeringen.

“Door gebruik te maken van de selectieve verrijking van grensvlakken met vloeibaar metaal en het oogsten van de gedoteerde metaaloxide halfgeleiderlagen, kan de complexiteit van de conventionele processen worden verminderd en kan een hoge mate van controle over de resultaten worden bereikt,” zei Dr. Mohammad Bagher Ghasemian, de belangrijkste auteur van het werk. “Het hier gedemonstreerde idee biedt echt potentieel om verschillende processen te beïnvloeden voor het ontwerp van halfgeleidermaterialen voor grootschalige toepassingen in de elektronica- en optica-industrie”, voegde professor Kourosh Kalantar-Zadeh, de corresponderende auteur van deze studie en de directeur van het Center for Geavanceerde elektronica en optica op vaste en vloeibare basis (CASLEO).