Un láser brilla a través de una solución de nanomaterial bidimensional aún en disolución, lo que muestra que hay partículas dentro del líquido (izquierda). Cuando se seca una gota de la solución, las nanohojas que aún se están disolviendo se apilan en diferentes formas en mosaico (derecha). Cuando se deja disolver completamente, sólo se encuentran láminas de una sola capa. Crédito:Patrick Cullen et al.
Se han fabricado nanomateriales bidimensionales (2D) disolviendo materiales en capas en líquidos, según una nueva investigación dirigida por UCL. Los líquidos se pueden utilizar para aplicar los nanomateriales 2D en grandes áreas y a bajo costo, permitiendo una variedad de importantes aplicaciones futuras.
Nanomateriales 2D, como el grafeno, tienen el potencial de revolucionar la tecnología a través de sus notables propiedades físicas, pero su traducción a aplicaciones del mundo real ha sido limitada debido a los desafíos de fabricar y manipular nanomateriales 2D a escala industrial.
El nuevo enfoque publicado hoy en Química de la naturaleza , produjo capas únicas de muchos nanomateriales 2D de forma escalable. Los investigadores utilizaron el método en una amplia variedad de materiales, incluidos aquellos con propiedades semiconductoras y termoeléctricas, para crear materiales 2D que podrían usarse en células solares o para convertir la energía térmica desperdiciada en energía eléctrica, por ejemplo.
"Los nanomateriales 2D tienen propiedades excepcionales y un tamaño único, lo que sugiere que podrían usarse en todo, desde pantallas de computadora hasta baterías y textiles inteligentes. Muchos métodos para fabricar y aplicar nanomateriales 2D son difíciles de escalar o pueden dañar el material. pero hemos abordado con éxito algunos de estos problemas. Esperamos que nuestro nuevo proceso nos ayude a realizar el potencial de los nanomateriales 2D en el futuro, "explicó el director del estudio, el Dr. Chris Howard (UCL Physics &Astronomy).
Para el estudio, financiado por la Real Academia de Ingeniería y el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas, los científicos insertaron iones de litio y potasio cargados positivamente entre las capas de diferentes materiales, incluido el telururo de bismuto (Bi2Te3), disulfuro de molibdeno (MoS2) y disulfuro de titanio (TiS2), dando a cada capa una carga negativa y creando una 'sal de material en capas'.
A medida que se seca la solución de nanomaterial bidimensional que aún se disuelve, las nanohojas se apilan en diferentes formas en mosaico (derecha). Cuando se deja disolver completamente, sólo se encuentran láminas de una sola capa. Crédito:Patrick Cullen et al.
Estas sales de material en capas se disolvieron luego suavemente en disolventes seleccionados sin utilizar reacciones químicas ni agitación. Esto dio soluciones de láminas de nanomateriales 2D con la misma forma que el material de partida pero con carga negativa.
Los científicos analizaron el contenido de las soluciones utilizando microscopía de fuerza atómica y microscopía electrónica de transmisión para investigar la estructura y el grosor de los nanomateriales 2D. Descubrieron que los materiales en capas se disolvieron en pequeñas láminas de limpieza, sin daños capas individuales, aislado en soluciones.
El equipo de UCL, Universidad de Bristol, Cambridge Graphene Centre y École Polytechnique Fédérale de Lausanne, pudieron demostrar que incluso las hojas de nanomateriales 2D, que comprende millones de átomos, hizo soluciones estables en lugar de suspensiones.
"No esperábamos que tal gama de nanomateriales 2D formara una solución cuando simplemente agregamos el solvente a la sal; las sales del material en capas son grandes pero se disuelven en un líquido similar a la sal de mesa en el agua. El hecho de que forman un líquido junto con su carga negativa, los hace fáciles de manipular y usar a gran escala, que es científicamente intrigante pero también relevante para muchas industrias, ", dijo el primer autor, el Dr. Patrick Cullen (Ingeniería Química de la UCL).
"Hemos demostrado que se pueden pintar sobre superficies y, cuando se deja secar, pueden organizarse en diferentes formas de mosaicos, que no se ha visto antes. También se pueden galvanizar sobre superficies de la misma manera que se usa el oro para recubrir metales. Estamos deseando hacer diferentes nanomateriales 2D utilizando nuestro proceso y probarlos en diferentes aplicaciones, ya que las posibilidades son casi infinitas. " Él concluyó.
UCL Business PLC (UCLB), la empresa de comercialización de tecnología de UCL ha patentado esta investigación y apoyará el proceso de comercialización.
