نانو پایه
نانو تکنولوژی Synthesis خواص و کاربردهای مواد دو بعدی فراتر از گرافن
اردیبهشت
فهرست دسترسی سریع این مقاله
نانو تکنولوژی
مدت مطالعه مقاله :۳ دقیقه
خلاصه مطلب:
( Nanowerk Spotlight ) در نانو تکنولوژی دو بعدی (۲ بعدی)، دو بعد خارج از مقیاس نانو هستند و یک بعد فقط یک یا چند لایه اتمی ضخامت دارد.
طیف وسیع بلورهای لایه‌ای اتمی شامل دی‌کالکوژنیدهای فلزات واسطه (TMDs)، دی‌کالکوژنیدهای نیمه‌رسانا، کریستال‌های کمانش‌شده تک اتمی مانند فسفر سیاه (BP یا فسفرن)،
نیترید بور شش‌ضلعی دواتمی (h-BN)، اکسید شش ضلعی (فلز شش‌ضلعی) است. ، و MXenes .
نانو تکنولوژی و مواد دوبعدی
چیزی که مواد دو بعدی را برای محققان بسیار جالب می کند، خواص فیزیکی و شیمیایی برجسته آنها در مقایسه با همتایان عمده آنها است.
با الهام از خواص نوری و الکترونیکی منحصربه‌فرد گرافن ، مواد لایه‌ای دوبعدی و همچنین هیبریدهای آنها در سال‌های اخیر به شدت مورد بررسی قرار گرفته‌اند
که به دلیل کاربردهای بالقوه آنها عمدتاً برای نانو تکنولوژی انعطاف‌پذیر هدایت می‌شود.
با استفاده از ضخامت اتمی طبیعی، انعطاف‌پذیری و استحکام مکانیکی، دستگاه‌های انعطاف‌پذیر مبتنی بر مواد ۲ بعدی راه جدیدی را برای دستیابی به کاربردهای جدید دستگاه‌های انعطاف پذیر که شامل
- ترانزیستورهای انعطاف‌پذیر
- اپتوالکترونیک انعطاف‌پذیر
- حسگرهای انعطاف‌پذیر
- ابرخازن‌های انعطاف‌پذیر
هموار می‌کنند.
به دلیل انعطاف مکانیکی عالی و سازگاری با فرآیندهای تولید در دمای پایین، مواد دو بعدی را می توان در محصولات الکترونیکی انعطاف پذیر با بسترهای پلاستیکی استفاده کرد.
استفاده از آنها در محصولات الکترونیکی انعطاف‌پذیر می‌تواند بر چندین چالش فنی در سیستم‌های مبتنی بر مواد سنتی غلبه کند، مانند:
- تحرک کم
- ولتاژ محرکه بالای مواد آلی
- فرآیندهای تکنولوژیکی پیچیده و جریان نشتی زیاد Si polycrystalline.
علاوه بر این، استحکام مکانیکی و ضخامت اتمی آنها مواد دو بعدی را با شفافیت بالا در محدوده قابل مشاهده ارائه می دهد و آنها را برای دستگاه های الکترونیکی انعطاف پذیر و شفافی که
در معرض فشار مکانیکی و تنش چرخه ای قرار دارند، مناسب می کند.
مقاله مروری اخیر در Small ( “مواد دو بعدی انعطاف پذیر فراتر از گرافن: سنتز، خواص و کاربردها” ) نگاهی عمیق به خواص و روش های آماده سازی مواد دو بعدی فراتر از گرافن و کاربردهای آنها در دستگاه های انعطاف پذیر دارد.
مواد دو بعدی مختلف خواص فیزیکی متفاوتی را برای کاربردهای خاص در دستگاه‌های انعطاف‌پذیر مانند ترانزیستورهای انعطاف‌پذیر، اپتوالکترونیک، حسگرها و ابرخازن‌ها نشان می‌دهند (جدول زیر را ببینید).
تکنیک‌های ساخت مواد دو بعدی در نانو تکنولوژی
تکنیک‌های ساخت مواد دو بعدی که شامل روش‌های بالا به پایین و پایین به بالا می‌شود، بالغ شده‌اند و روش‌های مختلف آماده‌سازی و انتقال برای مواد دو بعدی مختلف با نیازهای خاص بسیار مناسب است.
به عنوان مثال، تولید انبوه، فیلم بزرگ یا سطح تمیز، و غیره، به عنوان لایه عملکردی اصلی برای دستگاه های همه کاره عمل می کند.
روش های بالا به پایین برای مواد با ساختار لایه ای از مواد حجیم مناسب است.
با اعمال نیروی برشی خارجی بر روی بدنه مواد، فاصله بین لایه‌ها افزایش می‌یابد تا نیروی واندروالس بین لایه‌ها تضعیف شود و در نتیجه کریستال‌های دوبعدی جدا می‌شوند.
نانو تکنولوژی Synthesis
این نوع روش معمولاً برای مواد دو بعدی لایه ای مناسب است و ویژگی مشترک آن شروع با مواد حجیم یا پودری و استفاده از تکنیکی برای جداسازی مواد دو بعدی از چندین لایه برای به دست آوردن چند لایه یا مواد دو بعدی تک لایه است.
روش ها عمدتاً عبارتند از:
- روش لایه برداری مکانیکی
- روش لایه برداری مایع
- روش لایه برداری الکتروشیمیایی
- روش آسیاب گلوله ای
روش‌های پایین به بالا سازگاری خوبی با طیف وسیعی از برنامه‌های کاربردی که اصولاً از تنوع بهره می‌برند، نشان می‌دهند. این عمدتا شامل کندوپاش مگنترون، رسوب بخار شیمیایی (CVD) و روش های شیمیایی مرطوب است.
پس از تولید، مواد ۲ بعدی باید برای ایجاد دستگاه مونتاژ شوند. برای این منظور، آنها باید از فرآیند تولید خود به فرآیند مونتاژ با انتقال مرطوب، انتقال خشک و انتقال خلاء منتقل شوند.
به طور کلی، دستگاه‌های انعطاف‌پذیر مبتنی بر مواد دو بعدی پیشرفت‌های اولیه‌ای در کاربردهای ترانزیستورهای لایه نازک انعطاف‌پذیر، سلول‌های خورشیدی، حسگرها و ابرخازن‌ها داشته‌اند.
نویسندگان بررسی خود را با تأکید بر این که هم برای سنتز و هم برای دستگاه‌های مواد دوبعدی به تحقیقات بنیادی‌تری نیاز دارند، پایان می‌دهند.
نانو تکنولوژی Synthesis
گرافن، h-BN یا TMDهای سنتز شده با CVD قبلاً در مساحت بزرگ و یکنواختی بالا موفق بوده اند، اما کیفیت کریستال هنوز به دلیل نقص و مرزهای دانه کوچک محدود است.
علاوه بر این، فرآیند انتقال بعدی اغلب باعث آلودگی مواد می شود که می تواند کیفیت کریستال را بدتر کند.
این امر سنتز قابل کنترل مواد ۲ بعدی با مساحت بزرگ با روش انتقال با کیفیت بالا و بدون آلودگی را در اولویت تحقیقاتی توسعه دستگاه های دو بعدی انعطاف پذیر قرار می دهد.
علاوه بر این، ادغام دستگاه‌های انعطاف‌پذیر عملکردی مختلف چالش‌برانگیزترین موضوع برای تحقیقات آینده است.
در حال حاضر، بیشتر دستگاه‌های انعطاف‌پذیر کاربردی، مانند ترانزیستورها، حسگرها، سلول‌های خورشیدی و ابرخازن‌ها به‌خوبی به‌عنوان دستگاه‌های جداگانه نشان داده شده‌اند.
با این حال، کار متقابل و ادغام این دستگاه ها در یک دستگاه کلی برای کاربردهای عملی بسیار مهم است.
