अल्ट्रा-पतली सामग्री की सुपर-पावर: सामग्री विज्ञान में, 2 डी नया 3 डी है

एक वैक्यूम चैंबर, जहां एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी सामग्रियों के गुणों को मापता है - तांबे धारक पर अलग-अलग रंगों के छोटे वर्ग।

हाल के वर्षों में, इंटरनेट से जुड़े डिवाइस कलाई, रेफ्रिजरेटर, दरवाजे और कारों पर - कई नए मोर्चे पर पहुंच गए हैं। हालाँकि, कुछ शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि "इंटरनेट ऑफ़ थिंग्स" अभी बहुत विकसित नहीं है।

हाल ही में मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के एक इलेक्ट्रिकल इंजीनियर थॉमस पलासियोस ने कहा, "अगर हम इलेक्ट्रॉनिक्स को कहीं भी एम्बेड कर सकते हैं तो क्या होगा"। - क्या होगा यदि हम राजमार्ग में निर्मित सौर पैनलों से ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं, और कंक्रीट की स्थिति की निगरानी के लिए लोड सेल को सुरंगों और पुलों में बनाया जा सकता है? क्या होगा अगर हम बाहर देख सकते हैं और ग्लास पर मौसम का पूर्वानुमान देख सकते हैं? या एक जैकेट में मानव स्वास्थ्य को ट्रैक करने वाले इलेक्ट्रॉनिक्स को एम्बेड करें? "

जनवरी 2019 में पलासियोस और सहयोगियों ने जर्नल नेचर जॉब्स में प्रकाशित कियाआविष्कार का वर्णन करते हुए, इस भविष्य को थोड़ा करीब लाने में सक्षम: एक एंटीना जो वाई-फाई, ब्लूटूथ और सेल फोन को अधिक से अधिक अवशोषित कर सकता है, और प्रभावी रूप से उन्हें उपयोग करने योग्य बिजली में बदल सकता है।

इस तकनीक की कुंजी एक आशाजनक सामग्री है: मोलिब्डेनम सल्फाइड , एमओएस ₂ , केवल तीन परमाणुओं की मोटाई के साथ एक सपाट परत में रखी गई है। इंजीनियरिंग की दुनिया में, कुछ भी पतला करना लगभग असंभव है।

और इतनी छोटी मोटाई एक उपयोगी चीज है। उदाहरण के लिए, MoS _{2 के} साथ _, आप टेबल की सतह को कवर कर सकते हैं, इसे एक लैपटॉप चार्जर में बदल सकते हैं जिसमें तारों की आवश्यकता नहीं होती है।

शोधकर्ताओं के दृष्टिकोण से, दो-आयामी सामग्री "इंटरनेट ऑफ एवरीथिंग" का आधार बन जाएगी। वे पुलों को "पेंट" करेंगे और उन्हें सेंसर बनाएंगे जो लोड और दरार की निगरानी करते हैं। उन्हें पारदर्शी परत के साथ खिड़कियों पर लगाया जाएगा, जो सूचना प्रदर्शित होने पर ही दिखाई देगी। और अगर टीम रेडियो तरंगों को अवशोषित करने के लिए एक उपकरण बनाने में सफल होती है, तो वह इस सर्वव्यापी इलेक्ट्रॉनिक्स को शक्ति देने में सक्षम होगी। भविष्य अधिक से अधिक सपाट दिख रहा है।

"इस विषय में रुचि तेजी से बढ़ रही है," कैलिफोर्निया में लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी में आणविक कारखाने में दो-आयामी सामग्री शोधकर्ता जेफ अर्बन ने कहा। "आप अन्यथा नहीं कह सकते।"


थॉमस पलासियोस का मानना ​​है कि इलेक्ट्रॉनिक्स का भविष्य सपाट सतहों में है


MIT इंजीनियरों ने ग्रेफीन से छोटे इलेक्ट्रॉनिक सर्किट बनाए, एक दो-आयामी प्रकार के कार्बन


पलासेबल के साथ एक बुलबुला जिसमें कई हजार माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक ग्राफीन सर्किट


Yuxuan लिन, Palacios प्रयोगशाला के एक शोधकर्ता, दो-आयामी सर्किट के साथ काम करने के लिए उपकरण तैयार कर रहे हैं।

फ्लैट डिजाइन सभी दरवाजे खोलते हैं

दो आयामी रसायन विज्ञान फैशन 2004 में शुरू हुआ, जब मैनचेस्टर इंस्टीट्यूट के दो शोधकर्ताओं ने ग्रेफाइट टेप का उपयोग ग्रेफाइट के टुकड़ों से एकल-परमाणु कार्बन फिल्म को छीलने के लिए किया, जिससे ग्रेफीन का उत्पादन हुआ। ग्राफीन ग्रेफाइट और हीरे की संरचना में समान है, लेकिन इसकी छोटी मोटाई इसे बहुत विशेष गुण देती है: यह लचीला, पारदर्शी, बेहद मजबूत है और बिजली और बिजली को असाधारण रूप से अच्छी तरह से संचालित करता है।

शोधकर्ताओं ने तुरंत इसके साथ सभी प्रकार के नए और बेहतर गैजेट बनाने शुरू कर दिए। कई कंपनियों ने हेडफ़ोन पहले ही जारी कर दिए हैं, जिसमें डायाफ्राम - एक कंपन झिल्ली जो ऑडियो उपकरणों में ध्वनि को पुन: उत्पन्न करता है - इसमें ग्राफीन होता है। कुछ पेंट निर्माता कोटिंग को लंबे समय तक बनाए रखने के लिए अपने फ़ार्मुलों में ग्राफीन जोड़ते हैं। अक्टूबर में, हुआवेई ने बड़े और शक्तिशाली मेट 20 एक्स फोन को पेश किया, जो प्रोसेसर को ठंडा करने के लिए ग्राफीन का उपयोग करता है। सैमसंग ने त्वरित चार्जिंग के साथ बैटरी विकसित करने के लिए ग्राफीन का उपयोग किया, और निकट भविष्य में यह फोन पर दिखाई दे सकता है।

शहरी, ईंधन कोशिकाओं के गुणों में सुधार के लिए दो-आयामी सामग्रियों के साथ काम करता है, "पर्यावरण के अनुकूल" परिवहन के लिए "स्वच्छ" ईंधन के विकल्पों में से एक। अधिकांश ईंधन कोशिकाएं हाइड्रोजन से बिजली उत्पन्न करती हैं, लेकिन उच्च दबाव पर भी, गैसोलीन की तुलना में हाइड्रोजन ऊर्जा की मात्रा में कई गुना अधिक स्थान लेता है, जिसके परिणामस्वरूप कारों में हाइड्रोजन का उपयोग करना अव्यावहारिक हो जाता है।

इसके बजाय, शहरी ठोस पदार्थों में हाइड्रोजन परमाणुओं का परिचय देते हैं, जिनका घनत्व गैसों के घनत्व से कई गुना अधिक होता है। मार्च में, उन्होंने और उनके सहयोगियों ने एक नए प्रकार के भंडारण के निर्माण की घोषणा की: छोटे मैग्नीशियम क्रिस्टल तथाकथित के संकीर्ण स्ट्रिप्स में लिपटे ग्रेफीन नैनोरिबोन। उन्होंने पाया कि इस तरह से संग्रहीत हाइड्रोजन लगभग समान मात्रा के गैसोलीन के रूप में लगभग ऊर्जा पैदा करता है, और इसका वजन बहुत कम होता है।

शहरी ने इस प्रक्रिया की तुलना चॉकलेट चिप्स के साथ कुकीज पकाने से की, जिसमें मैग्नीशियम की भूमिका हाइड्रोजन की है। उन्होंने कहा, "हमें कई चॉकलेट चिप्स युक्त कुकीज़ की आवश्यकता होती है," और ग्रेफीन नैनोरिबोन एक उत्कृष्ट कुकी आटा बनाते हैं। नैनोरिबोन भी हाइड्रोजन को जल्दी से प्रवेश करने में मदद करते हैं और मैग्नीशियम क्रिस्टल से बाहर निकलते हैं, ऑक्सीजन को बाहर रखते हैं, क्रिस्टल के अंदर एक जगह के लिए हाइड्रोजन से लड़ते हैं।

शहरी गुंबद के नीचे स्थित उन्नत प्रकाश स्रोत प्रयोगशाला में अल्ट्रा पतली सामग्री की दुनिया में दिखता है, जो सैन फ्रांसिस्को शहर और खाड़ी के मनोरम दृश्य प्रस्तुत करता है। यहाँ इलेक्ट्रॉनों, प्रकाश की गति के लिए लगभग छितरी हुई, शक्तिशाली एक्स-रे उत्पन्न करते हैं जिनका उपयोग सामग्री की परमाणु संरचना के ठीक संवेदन के लिए किया जा सकता है।

ALS में, अर्बन और उनके सहयोगियों ने यह पता लगाया कि कैसे ग्राफीन मैग्नीशियम के चारों ओर लपेटता है और इसे संलग्न करता है। दो सामग्रियों का यह कनेक्शन लंबे समय तक मिश्रित सामग्री की स्थिरता की गारंटी देता है - यह वास्तविक परिस्थितियों में यौगिक का उपयोग करने के लिए एक महत्वपूर्ण संपत्ति है। कैलिफोर्निया में लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी में आणविक कारखाने में


एडवांस्ड लाइट सोर्स लैब


जेफ अर्बन, दो-आयामी सामग्री शोधकर्ता


प्रायोगिक ईंधन कोशिकाएं एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके विभिन्न स्थितियों में (जब गैस, तरल पदार्थ, सूर्य के प्रकाश या रसायन के संपर्क में आती हैं) पर पराबैंगनी पदार्थों के गुणों को मापने में मदद करती हैं।


शहरी टीम के सदस्यों में से एक विकिरण विशेषज्ञ, वाई-शेंग लियू, एक नियंत्रक का उपयोग करता है। सामग्री का नमूना स्थान निर्धारित करना जो एक्स-रे विकिरणित होगा

अन्य शोधकर्ताओं ने तीन-आयामी ब्लॉक प्राप्त करने के लिए स्टैक में मुड़े हुए सामग्री के अल्ट्रैथिन परतों को, जिनमें से गुण पारंपरिक सामग्री से दो आयामी और तीन आयामी से ichayutsya।

बर्कले में कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय के रसायनशास्त्री क्वाबेना बेदयाको ने पिछले साल जर्नल नेचर में एक अध्ययन प्रकाशित किया था जिसमें बताया गया था कि कैसे उन्होंने और उनके सहयोगियों ने ग्रेफीन सहित दो-आयामी सामग्रियों की कई परतों के बीच लिथियम आयनों को रखा।

"हमने रोटी के एक टुकड़े के साथ शुरू किया, इसे मेयोनेज़ के साथ फैलाया, पनीर पर रखा, और फिर हैम पर," उसने कहा। "आप जितनी बार चाहें उतनी बार दोहरा सकते हैं, और आपको एक सैंडविच मिलता है।"

स्टैक की परतों को बदलकर, शोधकर्ताओं ने लिथियम की भंडारण प्रक्रिया को ठीक करने में सक्षम थे, और इससे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए नई उच्च क्षमता वाली बैटरी का निर्माण हो सकता है।

XITING ज़ंग, एमआईटी से सामग्री विज्ञान में पीएचडी, ने हाल ही में जिलेटिन का उपयोग करते हुए एक-दूसरे के ऊपर दो-आयामी सामग्री बिछाने के लिए एक आश्चर्यजनक सरल तरीका खोजा, एक ऐसा उत्पाद जो मुरब्बा और मार्शमॉलो को उनकी संरचना देता है। उन्होंने और उनके सहयोगियों ने जिलेटिन, धातु आयनों और पानी को मिलाया। जिलेटिन ने एक बहुपरत संरचना बनाई (जैसा कि आमतौर पर जेली के गठन के साथ होता है), जिसने धातु आयनों को एक स्तरित संरचना दी। जिलेटिन में कार्बन का हिस्सा धातु के साथ प्रतिक्रिया करता है, दो आयामी धातु कार्बाइड के पत्तों का उत्पादन करता है; उन्होंने उत्प्रेरक के रूप में कार्य किया, जिससे पानी को ऑक्सीजन और हाइड्रोजन में अलग करने में मदद मिली - और इस प्रक्रिया का उपयोग ईंधन कोशिकाओं में बिजली बनाने के लिए किया जा सकता है।

"मैं यह नहीं कह सकता कि प्रौद्योगिकी क्रूड थी, क्योंकि अगर आप इसके बारे में सोचते हैं, तो यह बहुत सुंदर निकला," नैट होचमैन ने कहा, जो पहले आणविक कारखाने में काम करते थे, और काम के लेखकों में से एक थे। "सब कुछ उच्च और निम्न प्रौद्योगिकियों के जंक्शन पर सामने आया।"

सामग्री को पतला बनाना

अगर दो आयामी सामग्री पनप रही है, तो सिंगापुर में, नान झेंग प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय में, लियू झेंग की प्रयोगशाला में है। सिंगापुर एक "उद्यान शहर" बनने की कोशिश कर रहा है, और यह छोटा सा देश सक्रिय रूप से हरियाली के साथ अपने क्षेत्र को भर रहा है - विश्वविद्यालय सहित, जहां इसकी आधुनिक इमारतों के सभी कोनों में उद्यान लगाए गए हैं।

झेंग अपने शोध को बढ़ते पौधों की विधि पर एक भिन्नता मानते हैं। "मैंने एक माली," उन्होंने कहा। - मेरे पास एक दो-आयामी उद्यान है जिसमें विभिन्न प्रकार के रंग हैं। और वे सभी सुंदर हैं। ”

पिछले साल, झेंग और उनके सहयोगियों ने अपने बगीचे का काफी विस्तार किया, जो कि संक्रमण धातु शैथिलॉयड्स नामक मिश्रित सामग्री के एक वर्ग से दर्जनों नई दो आयामी सामग्री का निर्माण करते हैं।(ट्रांज़िशन मेटल चॉकोज़ाइड्स, टीएमसी)। एक महत्वपूर्ण खोज धातुओं के पिघलने बिंदु को कम करने के लिए टेबल नमक का उपयोग था; नतीजतन, धातु को वाष्पित करना संभव हो गया, ताकि यह पतली फिल्मों के रूप में जमा हो।


नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी में लियू झेंग की प्रयोगशाला में, दो आयामी सामग्रियों की परतों को सिलिकॉन सब्सट्रेट पर रखा जाता है और कंटेनरों में संग्रहीत किया जाता है।


सिंगापुर में नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी।


झेंग की प्रयोगशाला में, रासायनिक वाष्प को क्वार्ट्ज ट्यूबों में सिलिकॉन सब्सट्रेट में दो आयामी परतों द्वारा जमा किया जाता है।


सावधान नियंत्रण और क्वार्ट्ज ट्यूबों में गैसों के प्रवाह की निगरानी के लिए उपकरण । ट्यूब

"एक बार मेरे छात्र ने मुझसे कहा: मैं नमक के साथ टीएमसी कर सकता हूं," झेंग ने कहा। - मैं हैरान था। यह कई वर्षों से मेरा सपना रहा है। ”

झेंग के भरवां प्रयोगशाला में अलमारियों में से एक पारदर्शी वायुरोधी कंटेनरों से भरा हुआ है; दो-आयामी सामग्रियों के जमा के साथ सिलिकॉन सब्सट्रेट को वहां संग्रहीत किया जाता है। अक्सर सामग्री क्रिस्टल के ज्यामितीय संरचना के अनुसार एक दृश्य त्रिकोण या षट्भुज बनाते हैं।

फिल्मों को रखने के बाद, झेंग की टीम परिणामी संरचनाओं का सावधानीपूर्वक अध्ययन करने के लिए पास की प्रयोगशाला में जाती है। अधिकांश कमरे में चार-मीटर ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप और डेढ़ टन का वजन होता है - व्यक्तिगत परमाणुओं को देखने के लिए एक विशाल उपकरण।

MoS ₂ सहित कई टी.एम.सी.रेडियो तरंगों को अवशोषित करने वाले पलासियो, विभिन्न औद्योगिक अनुप्रयोगों में संभावित रूप से लागू होते हैं। सिंगापुर प्रयोगशाला से दो-आयामी प्लैटिनम सेलेनाइड सस्ती ईंधन कोशिकाओं का उत्पादन करने के लिए काम कर सकता है, जो आमतौर पर प्लैटिनम का उपयोग करते हैं, जो इलेक्ट्रॉन से हाइड्रोजन परमाणु के प्रोटॉन को अलग करता है। झेंग ने कहा कि दो आयामी प्लैटिनम सेलेनाइड पर स्विच करने से प्लैटिनम की मात्रा 99% तक कम हो सकती है। नानयांग प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय पहले से ही निर्माताओं के साथ प्रौद्योगिकी व्यावसायीकरण पर चर्चा कर रहा है। अब तक, भविष्य अभी तक पूरी तरह से दो-आयामी नहीं है, लेकिन यह पहले से ही इसके करीब है।

"मैं इस सामग्री की विशाल व्यावसायिक क्षमता देख रहा हूं," झेंग ने कहा। "हम बाजार को गंभीरता से प्रभावित कर सकते हैं।"


दो-आयामी कार्बन नैनोसेट से शहरी का लचीला थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरण। थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरण पर्यावरण से ऊर्जा लेते हैं और इसे प्रयोग करने योग्य विद्युत ऊर्जा में बदलते हैं।

Source: https://habr.com/ru/post/undefined/