赖斯大学的科学家扩展了他们的技术,可以快速生产石墨烯,以定制2D二硫化二钼,二硫化钨和二硫化钨的性能,并将其迅速转变为用于电子和光学应用的亚稳金属。

莱斯大学的科学家扩展了技术 可以瞬间生产石墨烯

化学家詹姆斯·图尔(James Tour)和材料理论家鲍里斯·雅各布森(Boris Yakobson)的实验室在美国化学学会(ACS)的ACS Nano中报告说,他们已成功“闪蒸”了大量的2D二硫化碳,将它们从半导体变为金属。


这样的材料对于电子、催化和润滑剂以及其他应用都是有价值的。


该工艺采用快速焦耳加热,使用电荷显着提高材料的温度,转换半导体二硫化钼和二硫化钨。脉冲和选择添加剂的持续时间也可以控制现在的金属产品的性能。


托尔说:“这一快速的过程使我们能够大规模生产全新类别的高价值材料,而无需使用溶剂或水。”


从上方看,二维二卤化二碳六烯化物看起来像六角形的石墨烯,但从一个角度观察它们,则显示出一种三明治结构。例如,在二硫化钼中,一个钼原子平面位于相似但偏移的硫平面之间。


研究人员称,以前将每种材料制成金属相(称为1T)都需要复杂得多的过程。即使那样,仍已知该产物在环境条件下是不稳定的。闪光焦耳加热似乎可以解决该问题,在千分之一秒内产生亚稳态的二卤化二硫化碳。


将与炭黑或钨粉混合以增加其导电性的粉状,可商购获得的二卤化二硫化锡放入装有电极的陶瓷管中,并以超过1,350安培的功率闪蒸一秒钟,然后迅速冷却。试管处于真空状态,排出了多余的气体,几乎剩下纯净的金属待收集。


根据Yakobson小组的计算,大量的能量输入迫使结构缺陷出现在材料的晶格中,并增加了使1T成为热力学首选相的负电荷。


Yakobson研究小组的合著者Ksenia Bets说:“这是Le Chatelier原理的一个有趣的快速体现:在电压下,材料转变为导电性更高的1T相,以抵消/减少所施加的电场。” 。“我们的详细计算表明,动力学路径是间接的:升华的硫产生了富含空位的晶格,从能量上更倾向于1T结构。”


Tour说,条件和添加剂会影响最终产品这一事实应导致对可能的变化进行系统的研究。


赖斯研究生陈维银是该论文的主要作者。另外的合著者是莱斯大学的研究生王哲,艾米莉·麦克休,瓦拉·阿尔戈泽布和陈金行。博士后研究员Duy Xuan Luong和Bing Deng;校友Muqing Ren和Michael Stanford;华国研究助理教授 高冠辉研究员 还有本科生John Tianci Li和William Carsten。


Tour是TT和WF Chao的化学教授,以及计算机科学,材料科学和纳米工程学教授。Yakobson是Karl F. Hasselmann材料科学与纳米工程教授和化学教授。


空军科学研究所,能源部(DOE)国家能源技术实验室和DOE基础能源科学为研究提供了支持。

莱斯大学的科学家扩展了技术 可以瞬间生产石墨烯

电子显微镜图像显示二硫化钨处于亚稳态1T状态。橙色点代表硫原子,蓝色点代表钨。赖斯大学的科学家使用快速焦耳加热来定制2D二硫化二锑的性质,并将其迅速转变为亚稳金属,用于电子和光学应用。(图片来源:Tour Group / Rice University)


赖斯大学位于休斯敦一个占地300英亩的森林校园中,在《美国新闻与世界报道》中始终名列全美前20名大学之列。赖斯拥有备受推崇的建筑,商业,继续研究,工程,人文,音乐,自然科学和社会科学学院,并且是贝克公共政策学院的所在地。赖斯拥有3,978名本科生和3,192名研究生,莱斯大学的本科生与教师的比例不到6:1。其住宅学院系统建立了紧密联系的社区和终生的友谊,这就是赖斯(Rice)在众多种族/阶级互动中名列第一,在生活质量方面名列第一的原因之一。在基普林格的《个人财务》杂志中,赖斯还被私立大学评为最佳价值。


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