Wetenschappers hebben een nieuwe manier gevonden om atomair dunne nanosheets in rollen te rollen

Onderzoekers van de Tokyo Metropolitan University hebben een nieuwe manier bedacht om atomair dunne laagjes atomen in ‘nanoscrolls’ te rollen. Hun unieke aanpak maakt gebruik van overgangsmetaaldichalcogenideplaten met aan weerszijden een andere samenstelling, waardoor een strakke rol ontstaat die scrolls oplevert met een diameter tot vijf nanometer in het midden en een lengte van micrometer. Controle over de nanostructuur in deze rollen belooft nieuwe ontwikkelingen op het gebied van katalyse en fotovoltaïsche apparaten.

Nanotechnologie geeft ons nieuwe hulpmiddelen om de structuur van materialen op nanoschaal te controleren, en belooft een hele reeks nano-instrumenten voor ingenieurs om materialen en apparaten van de volgende generatie te creëren.

In de voorhoede van deze beweging heeft een team onder leiding van universitair hoofddocent Yasumitsu Miyata van de Tokyo Metropolitan University manieren bestudeerd om de structuur van overgangsmetaaldichalcogeniden (TMDC) te controleren, een klasse verbindingen met een breed scala aan interessante eigenschappen, zoals flexibiliteit. , supergeleiding en unieke optische absorptie.

In hun laatste werkgepubliceerd in ACS Nano ze richtten hun blik op nieuwe manieren om nanoscrolls te maken, nanosheets opgerold in strakke scrollachtige structuren. Dit is een aantrekkelijke benadering voor het maken van meerwandige structuren: aangezien de structuur van elke plaat hetzelfde is, zijn de oriëntaties van de afzonderlijke lagen met elkaar uitgelijnd. De twee bestaande manieren om nanoscrolls te maken brengen echter aanzienlijke problemen met zich mee.

In de eerste plaats veroorzaakt het verwijderen van zwavelatomen van het oppervlak van het nanoblad vervormingen waardoor het blad oprolt; maar door dit te doen vernietigen ze de kristalstructuur van de plaat. In de andere wordt een oplosmiddel tussen de nanosheet en het substraat geïntroduceerd, waardoor de sheet loskomt van de basis en de vorming van defectvrije nanoscrolls mogelijk wordt. Buisvormige constructies die op deze manier zijn gemaakt, hebben echter de neiging grote diameters te hebben.

In plaats van dit soort benaderingen heeft het team een ​​nieuwe manier bedacht om de lakens op te laten rollen. Beginnend met een monolaag molybdeenselenide nanosheet, behandelden ze de nanosheet met een plasma en vervingen de seleniumatomen aan één kant door zwavel; Dergelijke structuren worden Janus-nanosheets genoemd, naar de oude god met twee gezichten. Door een zachte toevoeging van een oplosmiddel worden de vellen losgemaakt van de basis, die vervolgens door de asymmetrie tussen de zijkanten spontaan in krullen rollen.

Deze nieuwe nanoscrolls zijn meerdere microns lang, aanzienlijk langer dan eerder gemaakte enkelwandige TMDC-nanosheets. Bovendien bleken ze strakker opgerold te zijn dan ooit tevoren, met een centrum tot slechts vijf nanometer in diameter, wat aan de theoretische verwachtingen voldeed. Er werd ook gevonden dat de rollen een sterke wisselwerking hadden met gepolariseerd licht en waterstofproducerende eigenschappen hadden.

Met ongekende controle over de nanostructuur vormt de nieuwe methode van het team de basis voor het bestuderen van nieuwe toepassingen van TMDC-nanoscrolls voor katalyse en fotovoltaïsche apparaten.