نانوصفحه‌های جادویی به استفاده صنعتی نزدیک شده‌اند

پژوهشگران روشی برای سنتز این مواد دو بعدی ارائه کرده‌اند که می‌تواند استفاده صنعتی از این نانوورق‌ها را ممکن سازد. تیمی از محققان با استفاده از محلول‌های شیمیایی برای لایه‌برداری، ورقه‌های نازک اتمی تولید کردند و راه را برای تحقق پتانسیل این ماده فوق‌العاده نازک هموار کردند. نتایج این پروژه در نشریه Nature به چاپ رسیده است.

این ترکیبات که از تلوریم و عناصر موجود در «وسط» جدول تناوبی (گروه‌های ۳-۱۲) تشکیل شده‌اند، حالت‌های متنوعی نظیر نیمه فلزی، نیمه‌رسانا، عایق، ابررسانا و حتی حالت‌های عجیب‌تری را به نمایش می‌گذارند. آن‌ها همچنین خواص مغناطیسی داشته و دارای فعالیت کاتالیزوری منحصر به فرد هستند.

این نانوصفحه‌ها کاربردهای متعددی در حوزه‌هایی نظیر الکترونیک، ذخیره‌سازی انرژی، کاتالیزور و حسگری دارند که که به دلیل رسانایی بالا و مساحت سطح بزرگ این نانوصفحات چنین کاربردهایی میسر است. همچنین TMT به عنوان الکترود در باتری‌ها و ابرخازن‌ها قابل استفاده است.

باتری‌های لیتیوم-اکسیژن می‌توانند از نانوصفحات TMT به عنوان الکتروکاتالیست بهره ببرند. تولید هیدروژن، ادوات فتوولتائیک و ترموالکتریک، فیلتراسیون و جداسازی از دیگر کاربردهای ممکن این فناور نوظهور است.

با این حال، حفظ بلورینگی بالا در ساختارهای نانوورق‌های بزرگ و فوق نازک، یک چالش بزرگ در مسیر سنتز این ساختارها است. از سوی دیگر روش طولانی سنتز و نیاز به مواد شیمیایی خطرناک نیز چالش دیگر این مسیر است. این چالش‌ها موجب شده تا استفاده صنعتی این نانومواد محدود باشد.

محققان از طریق روش لیتیاسیون، هیدرولیز، و در نهایت لایه‌برداری نانوصفحات موفق شدند این مشکل را حل کنند. در این فناوری، ابتدا، انتقال بخار شیمیایی (روشی که اغلب در شیمی برای انتقال ترکیبات جامد از یک مکان به مکان دیگر با استفاده از گاز حامل استفاده می‌شود) برای ایجاد مقدار زیادی از کریستال‌های تلورید فلزی استفاده شد. هنگامی که ظرف واکنش گرم می‌شود، عامل انتقال بخار می‌شود و ترکیب جامد را به شکل بخار می‌گیرد. همانطور که بخار از ظرف واکنش عبور می‌کند، ممکن است با سطح سردتری تماس پیدا کند، در این صورت ممکن است ترکیب ته نشین شده و متبلور شود. این موضوع امکان رشد ترکیب مورد نظر را در کریستال‌ها یا لایه‌های بسیار نازک تحت کنترل فراهم می‌کند.

در این پروژه، لیتیوم بوروهیدرید با کریستال‌های تلورید از پیش آماده شده، ترکیب می‌شود. در این فرآیند، با قرار دادن یون‌های لیتیوم بین لایه‌های کریستال‌های تلورید فلزی، یک ترکیب واسط، «لیتیم‌دار ‌شده» تشکیل می‌شود. پس از آن، ترکیب واسط لیتیم‌دار شده به سرعت در آب خیس می‌شود که این کار موجب شده تا کریستال‌های تلورید فلزی لیتیم‌دار شده در عرض چند ثانیه به نانوصفحات تبدیل شوند. این فرآیند به عنوان لایه‌برداری محسوب می‌شود.