东京工业大学 (Tokyo Tech) 的科学家们创造了一种新型材料,它结合了范德华材料的结构灵活性和高熵合金的无限调谐可能性。在他们的论文中,他们探索了这些新材料的特性以及它们在电子应用中的许多前景。


石墨烯,是二维层状碳的形式。由于这种神奇材料引起了世界各地材料科学家的注意,它激发了对结构相似的其他材料的研究,例如范德瓦尔斯材料,这些材料由强键合的二维原子层组成,这些原子层通过称为“范”的弱层间相互作用结合在一起。


这些材料很快流行起来,因为它们非常有利于结构修改,例如堆叠、扭曲和在层之间插入外来分子,这使它们具有有趣的物理特性,并具有多种实际应用。


大约在同一时间,出现了另一种非凡的材料,称为“高熵合金”(HEA)。HEA 是通过以特定浓度混合五种或更多金属而形成的,因此只需调整它们的自旋(本征角动量)、电荷和成分,就可以实现无限数量的潜在组合!HEA 的显着特性包括其高韧性和耐腐蚀性。因此,就像范德华材料一样,HEA 也有几个独特的应用。


现在,来自日本和中国的一组科学家试图将这两种材料融合在一起,形成一种继承了两者理想特性的东西。日本东京工业大学(东京工业大学)的 Hideo Hosono 教授是二维电极材料的先驱,并领导了这项研究,他概述了他们的动机,这两种材料的结合将为我们带来更多的自由度和扩大两者的领域,开辟新的应用可能性。

科学家们创造了一种新型材料:高熵遇上低维,开启无限可能

由混合金属二硫属化物、卤化物和三硫化磷形成的高熵范德华材料。(图片:东京理工大学)


在他们发表在《美国化学学会杂志》上的研究中(“High-Entropy van der Waals Materials Formed from Mixed Metal Dichalcogenides, Halides, and Phosphorus Trisulfides”),该团队首先合成了新材料的多晶和单晶样品,他们称之为“高熵范德瓦尔斯”,或HEX材料。然后,他们分别使用 X 射线衍射和 X 射线光电子能谱表征了这些新材料的结构和化学状态。


他们测量的物理特性包括电阻率、磁序和热容量。他们还测量了材料在酸、碱和有机溶液中的耐腐蚀性。

科学家们创造了一种新型材料:高熵遇上低维,开启无限可能

HEX 材料来自三类范德华 (vdW) 材料,即金属二硫属化物(分子式 ME 2,M = 金属,E = 硫、硒、碲)、卤化物和三硫化磷(PS 3),每种其中混合了独特的过渡金属组合,例如铁、镍、钴、锰。


研究小组发现,通过引入多种成分,他们可以诱导出几种显着的物理特性,例如超导性(二硫属化物 HEX)、磁性有序(PS 3 HEX)、金属-绝缘体转变(二硫属化物 HEX)和强耐腐蚀性(二硫属化物 HEX)。


有了这些令人鼓舞的发现,该团队开始考虑 HEX 材料的实际应用。高耐腐蚀性可能是设计多相催化剂的一条有前途的途径。高熵的概念也可以引入其他低维材料,考虑到它们的无限可能性,我们认为这些材料值得研究界关注,细野教授说。


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