2D kristály

A kétdimenziós kristály  egy lapos kristály , amelynek csak két irányban van transzlációs szimmetriája . A kristály vastagsága sokkal kisebb, mint a síkban jellemző méretei. A kis vastagság és ennek megfelelően a nagy mechanikai igénybevételek miatt a kétdimenziós kristályok nagyon könnyen tönkremennek, ezért általában ömlesztett anyagok felületén helyezkednek el, vagy oldatban lebegnek, utóbbi esetben pedig a kristályok mérete kb 1 mikron. A kétdimenziós kristályoknak sávos szerkezetük van , így fémes, félvezetői és dielektromos tulajdonságaikról beszélnek. A kutatók 500-ra korlátozzák a kétdimenziós kristályok számát [1] .

Kétdimenziós kristályok stabilitása

Az 1930-as években Landau és Peierls kimutatta, hogy egy kétdimenziós kristályt minden bizonnyal elpusztítanak a rácsban lévő atomok helyzetének hőingadozásai . Ez az állítás összhangban volt a több évtizedes kísérleti adatokkal.

Ennek ellenére a kétdimenziós kristályok saját kétdimenziósságuk ellenére még mindig háromdimenziós térben vannak, és a keresztirányú deformációk kölcsönhatása a síkbeli deformációkkal termodinamikai stabilitáshoz vezet. [2] Ha a fólia enyhén deformált, például hullámokat, nanométeres dudorokat tartalmaz, akkor egy ilyen szerkezet létezhet anélkül, hogy érintkezne a hordozóval. Egy ilyen hatás lehetőségét már korábban megjósolták, de az izolált kétdimenziós kristályok tényleges létezésének kérdése a Geim és Novoselov csoport 2004 - es kísérletéig nyitott maradt .

A grafénben lévő dudorok keresztirányú mérete körülbelül 10 nm, magasságuk pedig kevesebb, mint egy nanométer. [3]

Módszerek lekérése

A grafén [4] volt az első olyan kétdimenziós kristály, amelyet tanulmányoztak . Egy ömlesztett grafitkristály mechanikai hasításával nyerték . Ez a módszer alkalmasnak bizonyult más kétdimenziós kristályok réteges anyagokból történő előállítására [5] . Hasonló módon kaptak egy másik kétdimenziós foszforkristályt , amely foszforból áll.

A grafén és más kétdimenziós kristályok előállítására a mai napig különféle fizikai és kémiai módszereket dolgoztak ki, amelyek közül a fő a kémiai gőzleválasztás (CVD), amely viszonylag olcsón teszi lehetővé a jó minőségű kristályok előállítását. A CVD lehetővé teszi kétdimenziós, centiméter méretű egykristályok előállítását [6] .

Példák kétdimenziós kristályokra

A kétdimenziós kristályok között a kalkogenidekből (S, Se, Te) és átmeneti fémekből (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Pd, Pt) álló réteges anyagok nagy csoportja különböztethető meg. ) a MeX 2 képlet szerint [7] [8] .

2D kristályok
Elem Összetett Forrás
5
B
Bór 		h-BN
borofének 		[9] [10]

6C szén _
 Grafén , Dekanter [11] [12]
14Si szilícium_
_
 Szilicén [13]
15
P
Foszfor 		Foszforén [13]
22
Titán
_ 		TiS2 , TiSe2 , TiTe2 _ _ [9]
23 V vanádium
_
 VS 2 , VSe 2 , VTe 2 , VCl 2 , VBr 2 , VI 2 [9]
24 Cr Chrome
_
 CrS 2 , CrSe 2 , CrTe 2 [9]
39
Y
ittrium 		YN 2
32
Ge
Germanium 		Germanen [tizennégy]
40
Zr
cirkónia 		ZrS 2 , ZrSe 2 , ZrTe 2 , ZrN 2 [9] [15]
41
Nb
nióbium 		NbS 2 , NbSe 2 , NbTe 2 [9]
42
Mo
Molibdén 		MoS 2 , MoSe 2 , MoTe 2 , MoN 2 [9] [15]
43
Tc
Technécium 		TcN 2 [tizenöt]
46
Pd
palládium 		PdS 2 , PdSe 2 , PdTe 2 [9]
50
Sn
ón 		Stanen [13]
51
Sb
Antimon 		Antimonen [16] [17]
72
Hf
Hafnium 		HfS 2 , HfSe 2 , HfTe 2 [9]
73
Ta
Tantál 		TaS2 , TaSe2 , TaTe2 _ _ [9]
74
W
Volfrám 		WS 2 , WSe 2 , WTe 2 [9]
78
Pt
platina 		PtS2 , PtSe2 , PtTe2 _ _ _ [9]

Szerves kétdimenziós kristályok is léteznek, például (BEDT-TTF ) 2 X.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Gibney, Elizabeth . A szuper anyagok, amelyek felülmúlhatják a grafént , Nature , Nature (2015. június 17.). Az eredetiből archiválva : 2015. október 31. Letöltve: 2015. november 1.
  2. ↑ JC Meyer, A. K. Geim, M. I. Katsnelson, K. S. Novoselov, T. J. Booth, S. Roth. A felfüggesztett grafénlapok szerkezete // Természet. - 2007. - Vol. 446.-P. 60-63. - doi : 10.1038/nature05545 .
  3. ↑ Utazás Síkföldön keresztül
  4. ↑ K. S. Novoselov et al. Elektromos térhatás atomi vékony szénrétegekben // Tudomány. - 2004. - 20. évf. 306. sz. 5696.-666-669. - doi : 10.1126/tudomány.1102896 .
  5. ↑ K. S. Novoselov et al. Kétdimenziós atomkristályok // PNAS. - 2005. - 20. évf. 102. sz. 30. - P. 10451-10453. - doi : 10.1073/pnas.0502848102 .
  6. ↑ J.-H. Lee et al. Egykristályos egyrétegű grafén ostyaméretű növekedése újrafelhasználható hidrogén-terminált germániumon // Tudomány. - 2014. - Kt. 344. sz. 6181. - P. 286-289. - doi : 10.1126/tudomány.1252268 .
  7. ↑ Lebègue S., Björkman T., Klintenberg M., Nieminen RM és Eriksson O. Kétdimenziós anyagok adatszűrésből és Ab Initio számításokból  // Phys. Fordulat. X. - 2013. - T. 3 . - S. 031002 . - doi : 10.1103/PhysRevX.3.031002 .
  8. ↑ Kalikhman V. L., Umansky Ya. S. Átmeneti fém-kalkogenidek réteges szerkezettel és Brillouin-sávjuk kitöltésének sajátosságaival  // UFN. - 1972. - T. 108 . – S. 503–528 . - doi : 10.3367/UFNr.0108.197211d.0503 .
  9. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Lebegue, 2013 .
  10. ↑ Baojie Feng, Jin Zhang, Qing Zhong, Wenbin Li, Shuai Li, Hui Li, Peng Cheng, Sheng Meng, Lan Chen és Kehui Wu. Kétdimenziós bórlemezek kísérleti megvalósítása // Nature Chemistry. - 2016. - Kt. 8. - P. 563-568. - doi : 10.1038/nchem.2491 .
  11. ↑ Balendhran S., Walia S., Nili H., Sriram S. és Bhaskaran M. A grafén elemi analógjai: szilicén, germanén, sztanén és foszforén  // Kicsi. - 2015. - T. 11 . - S. 640-652 . - doi : 10.1002/smll.201402041 .
  12. ↑ Xin Gao, Huibiao Liu, Dan Wang, Jin Zhang. Graphdiyne: szintézis, tulajdonságok és alkalmazások  (angol)  // Chemical Society Reviews. - 2019. - 1. évf. 48 , iss. 3 . — P. 908–936 . - ISSN 1460-4744 0306-0012, 1460-4744 . - doi : 10.1039/C8CS00773J .
  13. ↑ 1 2 3 Balendhran, 2015 .
  14. ↑ Wu F., Huang C., Wu H., Lee C., Deng K., Kan E. és Jena P. Atomically Thin Transition-Metal Dinitrides: High-Temperature Ferromagnetism and Half-Metallicity  // Nano Lett.. - 2015. - T. 15 . — S. 8277–8281 . - doi : 10.1021/acs.nanolett.5b03835 .
  15. ↑ 123 Wu , 2015 .
  16. ↑ Pablo Ares, Juan José Palacios, Gonzalo Abellán, Julio Gómez-Herrero és Félix Zamora. Az antimonén közelmúltbeli fejlődése: új kétdimenziós anyag // Adv. mater. - 2017. - P. 1703771. - doi : 10.1002/adma.201703771 .
  17. ↑ T. V. Kulikova, L. A. Bityutskaya, A. V. Tuchin, A. A. Averin. Az Sb-multiantimonén allotróp nanomodifikációjának kialakulása az olvadék spontán kristályosodásakor // Perspektivnye materialy. - 2017. - 3. sz. - P. 5 - 13.