2D Metals: «ударный удар по сокращению» в материалонном науке!

Толщина 2D металла просто 1 åНгстрöM (0,1 нанометр), эквивалентный на один миллион, толщина стандартной бумаги A4. Если бы металлический куб длиной 3 метра был сжат в один атомный слой, его площадь была бы достаточной для покрытия всего города Пекин. Эта экстремальная худность вызывает резкие изменения в физических свойствах металлов—Например, монослойный висмут демонстрирует электрическую проводимость в 10 раз выше, чем его объемный аналог, и его сопротивление можно настроить с помощью электрических полей, предлагая новый подход к чипам сверхнизкой низкой силы.

Более века ученые широко считали, что металлы не могут быть сделаны двумерными. Это связано с тем, что атомы металлов связаны сильными металлическими связями, тогда как традиционные 2D -материалы (например, графен) зависят от слабых сил ван -дер -ваальса между слоями, что позволяет их легко очищать, как стопку блинов. Металлы, однако, напоминают «сжатое печенье», что делает практически невозможным изолировать один слой. Этот тупик был разбит только тогда, когда китайская исследовательская группа изобрела «Технику экструзии Ван -дер -Ваальс».

Основная технология: секрет атомного «прокатного булавки»

1. Как сжать металл в атомный лист?
   Прорыв команды заключается в «Технике экструзии Ван -дер -Ваальса»:

   • Шаг 1:  Нагрейте металл до расплавления, превращая его в плавное атомное «тесто».

   • Шаг 2:  Используйте монослойной дисульфид молибдена (MOS₂) в качестве «нано -скалоластого штифта», сэндвич и экструдировать расплавленный металл сверху и внизу.

   • Шаг 3:  После охлаждения получается один атомный слой металла. Затем он инкапсулируется в MOS₂ для защиты от окисления и деградации.
     Mos₂, с превышающей точкой плавления 2692°C и отличная химическая стабильность, действует как идеальная «конечная наковальня».

Предыдущие 2D -материалы были очень восприимчивы к окислению и деградации. Тем не менее, технология инкапсуляции китайской команды позволяет 2D -металлам оставаться стабильными в окружающем воздухе более года без снижения производительности. Это означает, что они больше не хрупкие «цветы горячих домов», ограниченные лабораторией, а материалы, готовые к реальным приложениям.

Перспективы применения: трансмийная техническая революция

1. Электроника: «изменит правила игры» для индустрии чипов
   Ультратонкий характер 2D металлов может резко уменьшить размер транзистора и энергопотребление. Например, использование их для соединений схемы может выходить за рамки физических пределов традиционных производственных процессов, что потенциально позволяет 28 -нм литографическим машинам для производства чипов с подходящими 5 -нм узлами. Также ожидаются прорывы на высокочастотных устройствах связи и прозрачных гибких дисплеях.

2. Квантовая технология: открытие «новой двери» в микроскопический мир
   Когда металлы истощаются до нескольких атомных слоев, квантовые эффекты доминируют в их свойствах. 2D металлы станут основной платформой для изучения эффектов квантовых залов, сверхпроводимости и топологических фазовых переходов, потенциально ускоряя практическую реализацию квантовых компьютеров.

3. Энергия & Катализ: «зеленый двигатель» для растущей эффективности
   Огромная площадь поверхности двухмерных металлов может повысить эффективность каталитической реакции в десятки раз. Будущие применения включают солнечные элементы, катализаторы эволюции водорода и конверсионные устройства Co₂. Более примечательно, что автомобильная крыша, покрытая двумерной металлической пленкой, может потенциально питать автомобиль на тысячу километров после всего лишь двух часов воздействия солнечного света.

4. Военный & Aerospace: «Обновление научно-фантастической» для Soldier Gear
   Представьте себе, что батареи солдат сокращаются от костюмов размером с чемодан до повязки или экзоскелетных костюмов, становящихся такими же легкими, как и куртки, но позволяя людям опередить гепардов ... Эти сценарии больше не могут быть далекими мечтами.

Рецензенты в журнале  Природа  приветствовал это достижение как «новаторство в области двухмерных металлов» и «знаменательный прогресс в области материаловедения». Что еще более удивлено, международное научное сообщество, так это то, что, хотя предыдущие прорывы в 2D -материалах (например, открытие Графена британской командой) были в значительной степени возглавляются Европой и США, прорыв в двухмерных металлах является первым, кто отчетливо несет этикетку «Сделано в Китае».