Nanotechnologia

Wielu z nas już wie, że grafen jest nowym cudownym materiałem, który zmieni oblicze nanotechnologii. Grafen to najbardziej obiecujący pod względem potencjału handlowego materiał, jednak istnieje wiele innych materiałów 2D o niesamowitych właściwościach, które są wciąż niezbyt popularne w środowisku naukowym. Tytułem wyjaśnienia, materiał jest uważany za dwuwymiarowy, gdy jest pojedynczą warstwą atomową z elektronami ograniczonymi do przestrzeni dwuwymiarowej.

Istnieją dwa rodzaje materiałów 2D – te o strukturze jednoatomowej i te o strukturze poliatomicznej. Grafen jest przykładem materiału jednoatomowego, ponieważ składa się wyłącznie z atomów węgla. Inne przykłady materiałów jednoatomowych 2D to krzem, german, cyna i fosforen.

Poza grafenem, materiały poliamidowe 2D są lepiej znane niż ich jednomateriałowe odpowiedniki, z dużym potencjałem wykazanym przez sześciokątny azotek boru, który jest podobny w strukturze do grafenu, ale ze zmiennymi atomami boru i azotu.

Największą grupą materiałów 2D są dihalkogenki metali przejściowych (TMDC), czyli cała gama materiałów o strukturze poliatomicznej. Najpowszechniejszymi są: diselenek wolframu, disiarczek wolframu, disiarczek molibdenu i diselenek molibdenu.

Dlaczego materiały 2D?

Podobnie jak grafen, wszystkie materiały 2D wykazują doskonałe właściwości elektroniczne, wynikające z nieistniejącej (nakładającej się) i bezpośredniej szczeliny pomiędzy stanami elektronicznymi połączonych atomów. Doskonałe właściwości elektroniczne i optyczne materiałów dwuwymiarowych pozwalają zastosować je w wielu obszarach technologicznych, w tym w urządzeniach elektronicznych i optoelektronicznych.

Materiały 2D mają ogromny potencjał technologiczny, ale ich zastosowanie w praktyce jeszcze trochę zajmie. Antonio Castro Neto, lider w dziedzinie materiałów dwuwymiarowych, uważa, że podczas gdy perspektywy handlowe na razie związane są z grafenem, najciekawsze właściwości wykazują inne materiały dwuwymiarowe. W przemówieniu wygłoszonym na Expo oraz szczycie poświęconym innowacjom w grafenie w zeszłym roku w Nashville w Stanach Zjednoczonych, stwierdził, że nic więcej nie pozostało do odkrycia w dziedzinie nauk podstawowych o grafenie oraz że inne materiały 2D wykazują lepsze właściwości elektroniczne niż grafen.

Problemem w przypadku wielu materiałów dwuwymiarowych jest praca wymagana do ich komercjalizacji. Pomimo tych wyzwań naukowcy, zarówno w przemyśle, jak i na uczelniach wyższych, ciężko pracują wraz z odpowiednimi organizacjami nad urzeczywistnieniem tego potencjału.

Co więc przyniesie przyszłość?

Najbliższa przyszłość wiąże się z grafenem. To prawie pewne. Na rynku mogą jednak zacząć pojawiać się inne materiały, w tym dwuwymiarowe. Ich komercjalizacja będzie łatwiejsza dzięki podstawom, mającym na celu komercjalizację grafenu. Istnieje wiele obszarów nanotechnologii, które stale się rozwijają, w tym także materiały 2D . Nie ma dowodów na to, że w przyszłości ma się to zmienić. Jednym z obszarów o ogromnym potencjale w zakresie grafenu i innych materiałów dwuwymiarowych jest elektronika elastyczna/zużywalna. Przejrzystość optyczna, przewodność elektryczna i elastyczność tych materiałów sprawiają, że są one odpowiedniki materiałami. Wiele prototypów z ich użyciem jest obecnie opracowywanych.

Źródło artykułu: https://nano-magazine.com/news/2018/2/28/2d-materials-beyond-the-realm-of-graphene

Źródło ilustracji: https://www.flickr.com/

Redaktor: Filip Elgert