Melnais fosfors: jauna brīnummateriāla dzimšana

Dažu pēdējo gadu laikā divdimensiju kristāli ir kļuvuši par vienu no aizraujošākajiem jaunajiem materiāliem, ar kuriem spēlēt. Līdz ar to materiālu zinātnieki ir apgāzušies, lai atklātu grafēna, bora nitrīda, molibdēna disulfīda un tā tālāk neparastās īpašības.

Vēlākais šīs grupas ieguvējs ir melnais fosfors, kurā fosfora atomi savienojas, veidojot divdimensiju saburzītu loksni. Pagājušajā gadā pētnieki izveidoja lauka tranzistoru no melnā fosfora un parādīja, ka tas darbojas ļoti labi. Šis pētījums liecināja, ka melnajam fosforam varētu būt spoža nākotne nanoelektroniskajās ierīcēs.

Bet ir problēma. Melno fosforu ir grūti iegūt lielos daudzumos. Šodien Deimjens Hanlons no Dublinas Trīsvienības koledžas Īrijā un vairāki draugi saka, ka ir atrisinājuši šo problēmu.

Šie puiši ir pilnveidojuši veidu, kā izgatavot lielu daudzumu melnā fosfora nanoloksnes ar izmēriem, ko viņi var kontrolēt. Viņi ir izmantojuši šo jaunatklāto spēju, lai pārbaudītu melno fosforu vairākos jaunos lietojumos, piemēram, gāzes sensorā, optiskā slēdzī un pat pastiprinātu kompozītmateriālus, lai padarītu tos stiprākus.

Lielapjoma veidā melnais fosfors ir izgatavots no daudziem slāņiem, piemēram, grafīta. Tātad viens veids, kā atdalīt atsevišķas loksnes, ir pīlings, vienkārši nolobīt slāņus, izmantojot līmlenti vai citus materiālus. Tas ir laikietilpīgs uzdevums, kas ievērojami ierobežo iespējamos lietojumus.

Tātad Hanlons un citi ir spēlējuši ar citu pieeju. Viņu metode ir ievietot melnā fosfora gabaliņu šķidrā šķīdinātājā un pēc tam bombardēt to ar akustiskiem viļņiem, kas materiālu satricina.

Rezultāts ir tāds, ka lielapjoma masa sadalās lielā skaitā nanoloksnes, kuras komanda filtrē pēc izmēra, izmantojot centrifūgu. Tas atstāj augstas kvalitātes nanoloksnes, kas sastāv tikai no dažiem slāņiem. Viņi saka, ka šķidrās fāzes pīlings ir spēcīgs paņēmiens nanoloksnes ražošanai ļoti lielos daudzumos.

Viena no iespējamām melnā fosfora nanoslāņu problēmām ir tā, ka tās ātri sadalās, nonākot saskarē ar ūdeni vai skābekli. Tāpēc viens no komandas sasniegumiem ir prognozēt, ka noteiktiem šķīdinātājiem ir jāveido šķīdinātāja apvalks ap loksni, kas neļauj skābeklim vai citām oksidējošām sugām sasniegt fosforu.

Komanda izmanto N-cikloheksil-2-pirolidonu vai koģenerāciju kā šķīdinātāju, un tāpēc nanoloksnes ir pārsteidzoši ilgstošas.

Lielā melnā fosfora priekšrocība salīdzinājumā ar grafēnu ir tā, ka tam ir dabiska joslas sprauga, ko fiziķi var izmantot, lai izgatavotu elektroniskas ierīces, piemēram, tranzistorus. Taču Hanlons un viņa kolēģi saka, ka jaunā melnā fosfora nanoloksnes pieejamība ir ļāvusi viņiem pārbaudīt arī vairākas citas idejas.

Piemēram, viņi pievienoja nanoloksnes polivinilhlorīda plēvei, tādējādi dubultojot tās izturību un seškārtīgi palielinot stiepes izturību. Tātad spēku var palielināt ne tikai oglekļa alotropi!

Viņi arī noteica nanoloksnes nelineāro optisko reakciju uz impulsa lāzeru, mērot pārraidītās gaismas daudzumu. Izrādās, ka absorbētā gaišā melnā fosfora daudzums samazinās, palielinoties intensitātei, kas ir pazīstama kā piesātināmā absorbcija. Turklāt melnais fosfors šajā ziņā ir labāks par grafēnu.

Visbeidzot, viņi izmērīja strāvu caur nanoloksnēm, pakļaujot tās amonjakam. Viņi atklāja, ka materiāla pretestība palielinājās, nonākot saskarē ar amonjaku, iespējams, tāpēc, ka amonjaks ziedo elektronus, kas neitralizē caurumus melnā fosfora loksnēs.

Tas nekavējoties padara melno fosforu par pienācīgu amonjaka detektoru. Hanlons un citi saka, ka materiāls var atklāt amonjaku aptuveni 80 daļās uz miljardu.

Tas viss varētu iezīmēt interesantas izmaiņas pētījumos, kas saistīti ar melno fosforu. Daudzi cilvēki būs redzējuši satraukumu, kas saistīts ar grafēna ievērojamajām īpašībām. Ja melnais fosfors ir uz pusi tik ievērojams, materiālu zinātnieku nākotnei vajadzētu būt interesantai.

Atsauce: arxiv.org/abs/1501.01881 : Šķidrās šķīdinātāja stabilizētā melnā fosfora pīlings: pielietojumi ārpus elektronikas

paslēpties