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Wissenschaftler erzielen faszinierende Ergebnisse, indem sie ein zweidimensionales Material herstellen

Wissenschaftler erzielen faszinierende Ergebnisse, indem sie ein zweidimensionales Material herstellen


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Ein Forscherteam der RMIT University in Melbourne hat zweidimensionale Materialbahnen aus flüssigem Metall hergestellt. Die Materialien wurden noch nie in der Natur beobachtet und sind nicht dicker als einige Atome.

Professor Kourosh Kalantar-zadeh und Dr. Torben Daeneke von der School of Engineering leiten die Forschung. Dies ist der Höhepunkt ihrer 18-monatigen Arbeit an dem Projekt. Die Studie mit dem Titel „Eine Flüssigmetallreaktionsumgebung für die Raumtemperatursynthese atomar dünner Metalloxide“ wurde in veröffentlicht WissenschaftJournal diesen Monat.

Um die Ergebnisse zu erzielen, synthetisierten die Forscher die Materialien unter Verwendung einer ungiftigen Galliummetalllegierung. Daeneke erklärt das Konzept hinter dem Experiment:

"Wenn Sie mit einem Bleistift schreiben, hinterlässt der Graphit sehr dünne Flocken, die als Graphen bezeichnet werden und leicht extrahiert werden können, da es sich um natürlich vorkommende Schichtstrukturen handelt", sagte Daeneke. "Aber was passiert, wenn diese Materialien nicht auf natürliche Weise existieren?"

"Hier haben wir eine außergewöhnliche, aber sehr einfache Methode gefunden, um atomar dünne Materialflocken zu erzeugen, die natürlicherweise nicht als Schichtstrukturen existieren."

Zur Herstellung von Hafniumdioxid - einem Metalloxid, das häufig als elektrischer Isolator verwendet wird - wurde das pulverisierte Hafnium der Forscher bei niedriger Temperatur in einer Galliumlegierung gelöst.

Unter Verwendung herkömmlicher Verfahren - um Schichten mit einer Dicke von etwa 10 Atomen herzustellen - wird Metall in einer Niederdruckkammer verdampft und bildet anschließend Kondensation auf der Oberfläche. Darüber hinaus ist eine spezielle Ausrüstung erforderlich, und die hergestellten Schichten sind laut Professor Kalantar-zadeh nicht glatt. Dieser Kondensationsprozess endet normalerweise mit "Inseln", die sich auf der Oberfläche bilden und sich dann zusammenschließen, um die gewünschte Einzelschicht zu bilden.

Dieser Prozess verläuft nicht reibungslos, erklärt Kalantar-zadeh: "Die Kanten, an denen sich die Inseln verbinden, bilden Grenzen, an denen Elektronen [die durch das Metalloxid wandern] abprallen [und blockiert werden]." Die neue Technik ermöglicht es den Elektronen, sich ununterbrochen zu bewegen, was eine höhere Effizienz im Gesamtprozess und in den Ergebnissen bedeutet. Die Unterschiede sind sehr auffällig: Wissenschaftler haben ein Material geschaffen, das war nur zwei oder drei Atome dick.

Ein Wandel in der Elektronik?

Ein weiterer interessanter Aspekt dieses Experiments ist, dass die Ergebnisse mit einfachen und relativ kostengünstigen Methoden erzielt wurden, was das Forscherteam überraschte. Das Team benötigte nicht einmal zusätzliche Spezialausrüstung - einfach ein Kochfeld und eine kleine Liste von Zutaten.

Die gute Nachricht ist auch, dass diese Methode sehr vielseitig ist.

"Wir glauben, dass die Technik auf ein Drittel des Periodensystems angewendet werden kann", äußerte sich Daeneke optimistisch.

Die unmittelbarste Auswirkung dieser Forschung könnte auf dem Gebiet der Elektronik liegen: Von Smartphones bis hin zu Transistorradios sind Metalloxide ein kritischer Bestandteil des Betriebs einer Reihe wichtiger elektronischer Geräte. Dies bedeutet, je dünner die Schicht der Metalloxidforscher sein kann, desto energieeffizienter ist die elektronische Komponente und desto schneller arbeitet sie. Die Ergebnisse belegen, dass „der Reaktionsweg auf Flüssigmetallbasis verwendet werden kann, um 2D-Materialien zu erstellen, die zuvor mit bereits vorhandenen Methoden nicht zugänglich waren.“

Dank des wichtigen Forscherteams sieht die Zukunft der Elektronik in der Tat sehr rosig aus. Dies wird sich auf die Art und Weise auswirken, wie der Forschungs- und Entwicklungspfad für eine Reihe von Branchen festgelegt wird.


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Bemerkungen:

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