(Phys.org) —Los investigadores han introducido electridos en el nanorregimo sintetizando el primer material de electruros en 2D. Las electridas son compuestos iónicos, que están hechos de iones negativos y positivos. Pero en electrides, los "iones" negativos son simplemente electrones, sin núcleo. Los electrones están muy cerca uno del otro y muy débilmente ligados, haciendo que actúen como un gas de electrones. Este gas de electrones le da a los electruros ciertas propiedades eléctricas, como una alta movilidad eléctrica y un transporte eléctrico rápido, que son muy atractivos para aplicaciones electrónicas.

Los investigadores, dirigido por Scott C. Warren, profesor asistente de ciencias físicas aplicadas y química en la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, han publicado un artículo sobre la demostración del electruro 2D en un número reciente de la Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

"Los electruros en capas tienen propiedades electrónicas muy interesantes, por ejemplo, una conductividad mucho mayor que la del grafeno, "Warren dijo Phys.org . "En la estructura cristalina de un electruro en capas, una nube de electrones se extiende en un plano plano de dos ángstrom de espesor entre bloques de átomos. Los electrones pueden conducir a través de esa nube plana con pocas interacciones con los átomos cercanos, permitiéndoles moverse muy rápido ".

En su estudio, los investigadores demostraron que las características definitorias de los electridos, en particular, el gas de electrones y sus propiedades, se conservan cuando un electruro en capas llamado nitruro dicálcico (Ca ₂ N) se sintetiza en dos dimensiones, forma de una sola capa. El trabajo marca la primera síntesis de un electride 2D.

"Hemos aislado algunas capas del cristal, quizás tan delgado como un nanómetro a varios nanómetros, ", Dijo Warren." Debido a su delgadez, este material se llama material 2D, como el grafeno. Se había predicho que un electruro como material 2D sería estable en el vacío y conservaría sus emocionantes cualidades electrónicas mediante cálculos teóricos. pero el material es muy reactivo y era una pregunta abierta si 2D Ca ₂ N podría fabricarse en un laboratorio. Demostramos que en el entorno químico adecuado, el material es estable durante largos períodos de tiempo sin comprometer sus emocionantes propiedades electrónicas ".

Como explicaron los investigadores, separar el electruro multicapa en sus capas individuales fue un desafío, ya que los electruros tienen fuertes interacciones electrostáticas que mantienen unidas sus capas. Las electridas también tienen una alta reactividad química que complica aún más las cosas, impidiendo el uso del "método de la cinta adhesiva" para la exfoliación ya que los electridos se descomponen al entrar en contacto con ciertos adhesivos.

En lugar de, los investigadores utilizaron exfoliación líquida, que utiliza reacciones químicas para producir una gran cantidad de nanohojas suspendidas en solución. Después de probar 30 disolventes, los investigadores encontraron un solvente en el que el Ca ₂ Las nanohojas N permanecen en suspensión estable durante al menos un mes.

Las pruebas mostraron que las nanohojas de electruro 2D tienen una alta conductividad eléctrica comparable al aluminio metálico, alta transparencia (una película de 10 nm de espesor transmite el 97% de la luz), y, debido a la forma 2D, el área de superficie más alta para cualquier electrida reportada hasta la fecha. Al combinar la gran superficie de los materiales 2D con las inusuales propiedades eléctricas de los electruros, los investigadores esperan que el electruro 2D conduzca a muchos más descubrimientos en el futuro. Las aplicaciones potenciales incluyen conductores transparentes, electrodos de batería, emisores de electrones, y catalizadores para síntesis química.

"La aplicación potencial que más nos entusiasma son las baterías avanzadas, que es el foco de nuestra colaboración actual con el Honda Research Institute, ", Dijo Warren." También hay otras aplicaciones potenciales interesantes, por ejemplo, como películas conductoras transparentes. Desde una perspectiva académica, este trabajo abre rutas sintéticas para estudiar electridas 2D experimentalmente y para probar aplicaciones potenciales que ni siquiera hemos considerado todavía ".

En el futuro, los investigadores planean explorar más a fondo las aplicaciones potenciales de los electruros y abordar los desafíos prácticos para realizarlos.

"Tenemos mucho que aprender sobre los electrodos como materiales 2D, "Dijo Warren." Por ejemplo, ¿Cómo podemos recubrir o funcionalizar la superficie para hacer que los electrodos sean estables en el aire? "

© 2017 Phys.org