(a) Esquema de la descomposición de las fuerzas de compresión macroscópicas Fc y Fc 'en fuerzas microscópicas fi y fi mucho más pequeñas. que se cargaron sobre los materiales de la capa mediante intermedios de fuerza. (b) Mecanismo de exfoliación de los materiales de las capas. fi y fi? transferencia a deslizamiento de las fuerzas de fricción ffi y ffi? bajo el deslizamiento relativo de los materiales intermedios y de las capas debido a la rotación del contenedor inferior. (c) Imagen de microscopía de fuerza atómica de escamas 2D. (d) Fotos de varios fondos de escamas 2D de MoS2 en solución acuosa. Crédito:© Science China Press
Una gran cantidad de materiales 2-D, incluido el grafeno, nitruro de boro hexagonal (h-BN), dicalcogenuros de metales de transición (TMDC) como MoS 2 y WSe 2 , óxidos metálicos (MxOy), fosforeno negro (b-P), etc, proporcionan una amplia gama de propiedades y numerosas aplicaciones potenciales, Pero para realizar plenamente su uso comercial, el requisito previo es la producción a gran escala.
Las estrategias de abajo hacia arriba como la deposición química de vapor (CVD) y la síntesis química se han explorado ampliamente, pero hasta ahora solo se han producido pequeñas cantidades de materiales 2-D. Otra estrategia importante para obtener materiales 2-D es desde un camino de arriba hacia abajo exfoliando materiales de capa a granel a materiales monocapa o pocas capas 2-D, como el molino de bolas, exfoliación en fase líquida, etc. Parece que es más probable que se amplíen las estrategias de arriba hacia abajo; sin embargo, solo son adecuados para materiales específicos. Hasta aquí, solo se pueden preparar grafeno y óxido de grafeno a nivel de toneladas, mientras que para otros materiales 2-D, todavía permanecen en estado de laboratorio debido al bajo rendimiento. Por lo tanto, Es necesario desarrollar un método de preparación de materiales 2-D de alta eficiencia y bajo costo para pasar del laboratorio a nuestra vida diaria.
La falla de los lubricantes sólidos es causada por el deslizamiento entre capas de materiales a granel, y el resultado del deslizamiento es que los materiales a granel se despegarán en menos capas. Basado en este entendimiento, en un nuevo artículo de investigación publicado en Beijing Revista Nacional de Ciencias , El laboratorio de materiales y dispositivos de baja dimensión dirigido por el profesor Hui-Ming Cheng y el profesor Bilu Liu de la Universidad de Tsinghua propuso una tecnología de exfoliación que se denomina exfoliación de molienda asistida por intermedios (iMAGE). La clave de esta tecnología de exfoliación es utilizar materiales intermedios que aumenten el coeficiente de fricción de la mezcla y apliquen efectivamente fuerzas de fricción deslizantes al material de la capa. resultando en una eficiencia de exfoliación dramáticamente incrementada.
Considerando el caso de 2-D h-BN, la tasa de producción y el consumo de energía pueden alcanzar 0,3 g h -1 y 3,01 × 10 6 J g -1 , respectivamente, ambos son uno o dos órdenes de magnitud mejores que los resultados anteriores. Las escamas 2-D h-BN exfoliadas resultantes tienen un grosor medio de 4 nm y un tamaño lateral medio de 1,2 μm. Además, este método iMAGE se ha ampliado para exfoliar una serie de materiales de capa con diferentes propiedades, incluyendo grafito, Bi 2 Te 3 , b-P, MoS 2 , TiOx, h-BN, y mica, cubriendo metales 2-D, semiconductores con diferentes bandgaps, y aislantes.
Vale la pena mencionar que, con la cooperación con Luoyang Shenyu Molybdenum Co. Ltd., concentrado de molibdenita, un mineral natural, barato y abundante en la tierra, se utilizó como demostración para la producción de exfoliación a escala industrial de 2-D MoS 2 copos.
"Esta es la primera vez que se producen materiales 2-D distintos del grafeno con un rendimiento de más del 50% y una tasa de producción de más de 0,1 g h-1. Y una capacidad de producción anual de 2-D h-BN se espera que supere las 10 toneladas con nuestra tecnología iMAGE ". Prof. Bilu Liu, uno de los principales autores de este estudio, dijo, "Nuestra tecnología iMAGE supera un desafío principal en materiales 2-D, es decir., su producción en masa, y se espera que acelere su comercialización en una amplia gama de aplicaciones en electrónica, energía, y otros."
