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神奇材料?#20445;?#31163;散的二维磷烯纳米带首次问世
发布:Iron_MAN10   时间:2019/4/15 11:11:06   阅读:336 
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【据科学日报网站2019年4月10日报道】英国伦敦大学学院(UCL)研究人员在世界上首次制造出微小的、独立的、柔韧的磷烯纳米带,它们有望彻底改变电子和快速充电电池技术。 

磷烯(Phosphorene)是一种新兴的单元素二维材料,2014年被首次分离出以来,其结构与石墨烯类似,其带隙具有典型的层数相关性。而与此同时,纳米带因其结合了一维纳米材料的特?#38498;?#20108;维材料高表面积的特点,并同时表现出出电子-限域以及边界效应,近年来成为相关研究领域的热门材料。由此,凭借独特的各向异性结构,关于磷烯纳米带(PNRs)的理论计算研究显示PNRs具备优异的?#38405;堋H欢?#26377;关制备真正离散PNRs的研究到目前为止尚未出现。 

4月10日发表在《自然》杂志上的一项研究(“磷烯纳米带的制备”,Production of phosphorene nanoribbons)中,来自英国伦敦大学学院、美国布里斯托尔(维吉尼亚州)联邦大学和瑞士洛桑联邦理工学院大学的研究人员描述了他们如?#26410;?#40657;磷和锂离子晶体中生成大量高质量的磷带。 

“这是第一次制造出离散的磷烯纳米带。研究作者克里斯?霍华德博士(UCL物理学和天文学)说:“人们已经预测到了这种材料令人兴奋的性质,磷烯纳米带可以发挥变革作用的应用领域非常广泛。”。 

霍华德等人利用“离子剪(Ionic scissoring)”的?#38382;蕉院?#30967;晶体进行处理,获得了大量高质量、单个PNRs。这一自上而下的方法主要分为两步,首先将黑磷块体利用锂离子进行插层处理,获得的产物之后浸没在?#39318;?#24816;性的溶剂中并进行机?#21040;?#25292;,最终产生稳定分散的PNRs溶液。由此制备的PNRs具备4-50纳米不等的宽度,主要为单层厚度,测量长度可达75微米,纵横比最高可达到1000左右。研究还发现该纳米带材料为原子级单晶,以Z字形晶体取向进?#20449;?#21015;对齐。这一简单的液相制备方法为实验研究PNRs的性?#22987;?#20854;应用奠定了基础。 

“通过使用先进的?#19978;?#26041;法,我们对磷烯纳米带进行了非常详细的观测描述,发现它们极其扁平、结晶完好、异常柔韧。大多数只有一层原子厚,但是当纳米带由一层以上的磷原子构成时,我们发现在各层之间有无缝的台阶。”第一作者米奇?瓦特(UCL物理学和天文学)解释说:“这是以前从未见过的,据推测每一层?#21152;?#35813;有不同的电?#26377;?#36136;。”。 

虽然已经有多种不同材质的纳米带问世,如石墨烯,但是此次生产的磷烯纳米带更有更大的宽?#21462;?#21402;?#21462;?#38271;度和长宽?#21462;?#27492;外,它们可以在液体中规模化生产,从而可以低成本大量应用。 

该团队表示,预计的应用领域包括二次电池、太阳能电池、用于将废热转化为电能的热电装置、光催化、纳米电子学和量子计算?#21462;?#27492;外,该团队还预测了一些奇异效应的出?#37073;?#21253;括新型磁性、自旋密度波和拓扑状态?#21462;?nbsp;

“我们试图制作磷烯片,但非常惊讶地发现得到的是磷烯纳米带。”霍华德博士说:“为了让纳米带具有明?#38750;?#31283;定一致的特性,它们的宽度与长度的比例应保持一致,我们发现制得的纳米带就是这样。”。 

“在发现纳米带的同时,我们表征其形态的工具也在迅速发展”,合著者洛伦?皮科博士(VCU物理学)解释说:“我们在布里斯托尔大学制造的高速原子力显微镜具有独特的能力,可以将纳米带的纳米级特征在宏观长度上?#20174;常?#36824;可以通过大面积?#19978;瘢?#23545;数百条纳米带的长?#21462;?#23485;度和厚度范围进行详细评估。” 

在继续研究纳米带基本特性的同时,该团队还打算通过拓展全球合作以及与UCL各地的专家团队合作,探索纳米带在储能、电子传输和热电装置中的应?#20204;?#26223;。 

这项工作得到了英国工程和物理科学研究委员会和?#22987;?#24037;程院的资助。


来源:国防科技信息网
 
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