Une équipe de chercheurs du National Graphene Institute de l'Université de Manchester a développé une nouvelle méthode pour synthétiser des matériaux 2D que l'on pense impossibles ou, au moins, inaccessibles par les technologies actuelles.

Le graphène a été le premier matériau bidimensionnel au monde, qui a par la suite ouvert les portes pour l'isolement d'autres matériaux bidimensionnels.

Le graphène et d'autres matériaux 2D ont généralement une contrepartie 3D connue sous le nom d'« analogue en vrac ». Par exemple, le graphène est une couche unique d'atomes de carbone dérivée du graphite.

Récemment, il y a eu un intérêt croissant pour la fabrication de matériaux synthétiques 2-D qui n'ont pas d'analogue en vrac en couches. Les chercheurs ont commencé à examiner des matériaux 2D qui n'ont pas d'équivalent 3D.

Traditionnellement, Les matériaux 2-D sont isolés par un processus appelé exfoliation mécanique - en prenant le matériau en vrac et en exfoliant les couches les unes des autres jusqu'à ce qu'une seule couche soit obtenue.

Contrairement à ces cristaux stratifiés, les matériaux qui n'ont pas de structures en couches sont maintenus ensemble par des liaisons covalentes entre les plans atomiques, qui ne permettent pas l'exfoliation mécanique.

Tel que publié dans Lettres nano , en utilisant la conversion chimique, l'équipe de l'université a pu convertir des couches de matériaux stratifiés existants en un nouveau matériau bidimensionnel covalent. Par exemple, le séléniure d'indium 2-D exfolié mécaniquement (InSe) est converti en fluorure d'indium atomiquement mince (InF3), qui a une structure non stratifiée et ne peut donc pas être obtenue par exfoliation, par un procédé de fluoration.

Effectivement, la stratégie de conversion chimique proposée du matériau 2D n'est rien d'autre que la couture de couches atomiques de matériaux 2D existants par modification chimique.

Le nouveau fluorure d'indium 2-D obtenu est un semi-conducteur, présentant une transparence optique élevée dans les gammes spectrales visible et infrarouge et pourrait potentiellement être utilisé comme verre 2D.

Le professeur Rahul Nair de l'Institut national du graphène et du Département de génie chimique et des sciences analytiques qui a dirigé l'équipe a déclaré :« La modification chimique des matériaux s'est avérée être un outil puissant pour obtenir de nouveaux matériaux avec des propriétés souhaitées et souvent inhabituelles. Il reste encore du travail à faire. à réaliser pour comprendre la conversion chimique des matériaux 2D à l'échelle atomique, y compris les effets de l'orientation relative et de la synergie entre les couches atomiques individuelles sur leur réactivité chimique. Nous pensons que notre travail constitue une avancée significative dans la science des matériaux et constitue une étape importante dans le développement de matériaux artificiels en 2D. »

Vishnu Sreepal, qui a dirigé les expériences et l'auteur principal de cet article a déclaré :« Notre travail démontre clairement la possibilité de créer des matériaux covalents artificiels en 2D. Le processus est contrôlable, facile à exécuter et très efficace. En contrôlant précisément l'épaisseur des couches 2D de départ, l'épaisseur des nouveaux matériaux 2D covalents peut être contrôlée avec une précision à l'échelle atomique. Le nouveau matériau covalent 2-D peut également être dopé de manière contrôlée avec des dopants".

"Nous démontrons également l'évolutivité de notre approche par conversion chimique de grandes surfaces, minces films InSe en films InF3. l'équipe envisage qu'une telle conversion chimique puisse être étendue aux hétérostructures de van der Waals pour obtenir des solides hétérocovalents artificiels.

En superposant des atomes dans une séquence choisie avec précision connue sous le nom d'hétérostructures, Il est possible de créer des matériaux design avec certaines caractéristiques qui ne se produisent pas naturellement et qui offrent des qualités spécifiées. Les chercheurs assemblent ces nouveaux matériaux dans des séquences pertinentes à leur application prévue, dans un processus similaire à l'empilement de briques Lego. En démontrant la possibilité de solides covalents 2-D, les chercheurs ont désormais plus de « legos » dans leur terrain de jeu pour créer de nouveaux matériaux dotés de propriétés personnalisées.