Investigadores de la UCL han creado cintas pequeñas, individuales y flexibles de fósforo cristalino por primera vez en el mundo, y podrían revolucionar la electrónica y la tecnología de batería de carga rápida.
Desde el aislamiento del fosforeno bidimensional, que es el equivalente de fósforo del grafeno, en 2014, más de 100 estudios teóricos han predicho que podrían surgir propiedades nuevas y emocionantes al producir 'cintas' estrechas de este material. Estas propiedades podrían serextremadamente valioso para una variedad de industrias.
En un estudio publicado hoy en Naturaleza , investigadores de la UCL, la Universidad de Bristol, Virginia Commonwealth and University y la École Polytechnique Fédérale de Lausanne, describen cómo formaron cantidades de cintas de fosforeno de alta calidad a partir de cristales de fósforo negro e iones de litio.
"Es la primera vez que se fabrican nanoribones de fosforeno individuales. Se han predicho propiedades emocionantes y las aplicaciones en las que los nanoribones de fosforeno podrían desempeñar un papel transformador son muy amplias", dijo el autor del estudio, el Dr. Chris Howard UCL Physics & Astronomy.
Las cintas se forman con una altura típica de una capa atómica, anchos de 4-50 nm y una longitud de hasta 75? M. Esta relación de aspecto es comparable a la de los cables que abarcan las dos torres del puente Golden Gate.
"Mediante el uso de métodos de imagen avanzados, hemos caracterizado las cintas con gran detalle al encontrar que son extremadamente planas, cristalinas e inusualmente flexibles. La mayoría son de una sola capa de átomos de espesor pero donde la cinta está formada por más de una capade fosforeno, hemos encontrado pasos continuos entre las capas 1-2-3-4 donde la cinta se divide. Esto no se ha visto antes y cada capa debe tener propiedades electrónicas distintas ", explicó el primer autor, Mitch Watts UCL Physics & Astronomy.
Si bien los nanoribones se han fabricado con varios materiales como el grafeno, los nanoribones de fosforeno producidos aquí tienen un mayor rango de anchuras, alturas, longitudes y relaciones de aspecto. Además, se pueden producir a escala en un líquido que luego se podría utilizar paraaplíquelos en volumen a bajo costo para aplicaciones.
El equipo dice que las áreas de aplicación previstas incluyen baterías, células solares, dispositivos termoeléctricos para convertir el calor residual en electricidad, fotocatálisis, nanoelectrónica y computación cuántica. Además, la aparición de efectos exóticos que incluyen magnetismo novedoso, ondas de densidad de espín y topologíalos estados también se han predicho.
Los nanoribones se forman mezclando fósforo negro con iones de litio disueltos en amoníaco líquido a -50 grados C. Después de veinticuatro horas, se retira el amoníaco y se reemplaza con un solvente orgánico que forma una solución de nanoribones de tamaños mixtos.
"Intentábamos hacer láminas de fosforeno, así que nos sorprendió mucho descubrir que habíamos hecho cintas. Para que las nanoribonas tengan propiedades bien definidas, sus anchos deben ser uniformes en toda su longitud, y descubrimos que este era exactamente el caso paranuestras cintas ", dijo el Dr. Howard.
"Al mismo tiempo que descubría las cintas, nuestras propias herramientas para caracterizar sus morfologías evolucionaron rápidamente. El microscopio de fuerza atómica de alta velocidad que construimos en la Universidad de Bristol tiene las capacidades únicas para mapear las características a nanoescala de las cintassobre sus longitudes macroscópicas ", explicó el coautor Dr. Loren Picco VCU Physics.
"También podríamos evaluar el rango de longitudes, anchos y espesores producidos en gran detalle mediante la imagen de muchos cientos de cintas en grandes áreas"
Mientras continúa estudiando las propiedades fundamentales de los nanoribones, el equipo tiene la intención de explorar también su uso en almacenamiento de energía, transporte electrónico y dispositivos termoeléctricos a través de nuevas colaboraciones globales y trabajando con equipos expertos en UCL.
El trabajo fue amablemente financiado por el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas y la Real Academia de Ingeniería.
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Materiales proporcionado por University College London . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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