ENGINEERINGNET.BE - 2D materialen van één atoomlaag hebben eigenschappen die in de bulk-vorm niet aanwezig zijn.
Een reden hiervoor is de opsluiting van ladingsdragers. Er zijn twee manieren om dit soort 2D materialen te maken. Exfoliatie is het afpellen van laagjes van een groter kristal totdat er nog maar één atoomlaag over is.
‘Dit proces is tijdrovend, je hebt speciale vaardigheden nodig en de juiste apparatuur’, zegt Antonija Grubišić-Čabo, oppervlaktewetenschapper aan de Nederlandse Rijksuniversiteit Groningen. ‘Verder krijg je op die manier meestal kleine stukjes 2D materiaal, en laat het plakband vaak vervuiling achter op het oppervlak.’
Een andere manier is het laten groeien van een 2D film. Op die manier zijn grotere monsters te maken, onder gecontroleerde omstandigheden. ‘Maar het kost veel tijd om uit te zoeken hoe je een nieuw 2D materiaal moet laten groeien. Bovendien is het resultaat niet altijd exact één laag dik’, aldus Grubišić-Čabo.
Samen met mede-onderzoeker Maciej Dendzik stelde zij een team samen van collega’s waar ze eerder mee hadden samengewerkt, tijdens hun promotie aan de Deense Universiteit van Aarhus. Doel was om een eenvoudige techniek te ontwikkelen voor het maken van 2D materialen.
Het team wilde lucht-gevoelige 2D materialen kunnen maken op verschillende typen ondergrond. Bij hun eerste poging gebruikten zij een goud kristal in een hoog-vacuüm kamer. ‘Wat we deden was het kristal hard in het materiaal drukken. We ontdekten dat er op die manier inderdaad een mooi 2D laagje aan het goud bleef hangen.’
Waarom dit gebeurt is nog niet helemaal duidelijk, maar het team vermoedt dat de binding met het goud sterker is dan de Van der Waalskrachten die de verschillende laagjes in het bulkmateriaal bij elkaar houden.
Zij hebben dit experiment verfijnd, bijvoorbeeld door een veer aan te brengen op de houder met het bulkmateriaal. Die werkt als een schokbreker zodat het gemakkelijker is om de inslag van het goud te controleren. Ook kon het team laten zien dat zilver en germanium geschikt zijn om 2D laagjes af te pellen.
De monsters die op deze manier zijn gemaakt, worden gebruikt voor het bouwen van constructies met gestapelde 2D materialen die via deze methode, geheten KISS, zijn gemaakt. ‘Dat is nog niet gelukt, maar we werken er hard aan’, aldus Grubišić-Čabo.
