新2D納米電子晶體導電性優于石墨烯 應用前景廣闊!
2017-01-16 09:23:26   來源:環球網
內容摘要
美國科學家研制出一種2D結構的電子晶體,這些電子質量很小且不會呆在某個固定位置,而是到處游離,所以導電性很強,甚至超越石墨烯的導電性能。

層狀2D結構的電子晶體首次被合成并制出,這種新型的電子晶體導電性能優于石墨烯。

這一新興材料有望用于研制透明導體、電池電極、電子發射裝置以及化學催化劑等諸多領域。

電子晶體屬于由正負離子組成的離子化合物,但其負電“離子”完全由電子取代,這些電子質量很小且不會呆在某個固定位置,而是到處游離,偶爾與其他電子交換位置,行為表現更像電子氣體。這種特性賦予電子晶體高度電子移動和快速導電等性能。但科學家們通過理論推測認為,2D電子晶體容易與空氣和水發生化學反應,只能在真空中才能穩定存在并保持其強導電性,因此很難在實驗室合成。

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在新研究中,北卡羅萊納大學教堂山分校應用物理和化學副教授斯科特·沃倫帶領團隊,用氮化二鈣分子合成出只有幾個納米薄的2D單層電子晶體,還利用液體剝離技術設法讓大量納米單層電子晶體懸浮在溶液中,其中一種溶劑甚至能讓氮化二鈣納米單層穩定懸浮一個月之久仍能維持很好的電學特性。“我們克服了電子晶體從多層結構過渡到單層結構的技術難點,證明在合適的化學環境下,2D電子晶體能長時間保持結構和性能穩定。”沃倫解釋說。

沃倫團隊還通過實驗證明,新2D納米單層電子晶體具有與金屬鋁相當的導電性;透明度也很高,10納米厚氮化二鈣薄膜的透光率達到97%;其表面結也達到現有電子晶體中最高值。研究人員表示,這些特性將導致新材料在諸多領域的應用,比如開發高透明性導電薄膜;沃倫還在與本田公司合作,用這類新材料研制高級電池。

沃倫表示,他們會繼續開發電子晶體的應用潛力,并解決實用過程中的各種挑戰,比如尋找合適涂層,讓電子晶體在空氣中也能保持穩定。

新研究發表在最新一期《美國化學會志》上。


納米技術提高熱電轉換效率

? ? 如何將大量汽車尾氣排放的廢棄熱量高效轉化為有用的電能,成為歐盟第七研發框架計劃(FP7)的研究課題。歐盟為此提供375萬歐元資助,總研發投入530萬歐元,由列支敦士登、德國、法國、意大利、西班牙、奧地利和瑞士7個國家及14家納米材料企業聯合組成歐洲NanoHiTEC技術攻關團隊。

? ? 根據賽貝克效應,當2種不同溫度的物質材料相互接觸時,接觸面存在電荷擴散流動,會在物質材料兩端產生電壓,反之亦然。納米結構材料有助于材料表面接觸,從而提高熱電轉換效率。

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? ? NanoHiTEC研發團隊采用目前世界上最先進的納米技術及分析檢測工具,選擇環境友好型、無毒副作用、易實現工業規模化批量生產的納米結構材料多層薄膜生產技術,最終確定熱電轉化效率高、性價比好和無稀缺原材料的硅-鍺合金薄膜材料和碳化硼薄膜材料作為進一步的研究對象。

? ? 研發團隊開發了磁控濺射技術,可明顯改進納米結構硅-鍺合金和碳化硼薄膜材料的合成,高沉積率產生高結晶度,從而實現更高密度的薄膜材料。特別是通過火花等離子燒結技術,更易獲取小晶粒的納米結構碳化硼薄膜材料。新技術顯著提高了材料的熱電轉換效率。


印度開發出健康環保吸水納米新材料

海德拉巴印度理工學院最近開發出一種由微型納米纖維制成的吸水健康環保新材料,可替代衛生巾和尿不濕產品中潛在的有害物質。該材料可降解,對環境影響較小,且比目前尿不濕和衛生巾使用的吸水材料更加健康安全。 ? ?

在過去幾十年里,一次性尿不濕和衛生巾等衛生用品采用高吸水樹脂(SAPs)作為吸收劑。這些物質能夠吸收幾倍于自身重量的液體,平均每個尿不濕能吸收30倍于自身重量的體液,但該高吸水樹脂材料不能生物降解,在理想條件下,一個尿不濕要花500年才能降解。SAPs還會產生人體中毒性休克綜合癥等健康問題。?

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海德拉巴印度理工學院研究人員利用靜電醋酸纖維素納米纖維制成新吸水材料,克服了上述環境和衛生健康缺陷。納米纖維是利用電紡紗技術生產的一種長而薄的纖維,具有表面積大、高多孔性及吸水性強優點,用于衛生巾和尿不濕等產品上,在吸水性、舒適性、環保、健康衛生和安全性等方面,都優于目前市售產品。?


生物DNA調控生長出金納米花:或創造具有先進功能納米材料

一個跨國研究團隊日前宣布,成功利用生物DNA片段實現了金納米粒子的生長調控。研究人員表示,該成果通過單一步驟對納米尺度的金屬材料進行可自定義精確結構設計和制備,有望創造大量具有先進功能及充滿結構藝術性的新型納米材料。

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該研究將生物DNA應用于沒有生命的無機化學領域,通過對反應邊界條件的控制,令DNA控制金原子沿特定方向結晶和生長。通過調整DNA分子的數量和形態,最終能獲得具有不同形貌和結構的金納米顆粒:一些特定數量的直線型DNA調控合成出具有特定分枝數量的星狀納米顆粒;一些原核細胞質粒DNA調控合成出水母形態的金納米顆粒;另一些原核細胞中的質粒DNA則調控合成出金納米花,花瓣長度小于100納米,花莖直徑5納米。研究人員表示,這可能是目前世界上最小、也最有價值的金花。

定義金屬納米材料的結構意味著可以定義材料的屬性。由此,人們獲得了一種靈活的技術能力,能按照特定需求設計和制備金屬納米材料。在醫學領域,不同分枝結構的星狀納米顆粒表面可以捕獲人體血液中相應的致病抗原,由于不同納米顆粒具有不同的光學吸收性能,其在光譜中顯示為不同特征曲線,因此可以用它獲得實時和多功能的醫學光譜影像。

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