En 2004, la comunidad de física apenas comenzaba a reconocer la existencia de material verdaderamente bidimensional 2D, el grafeno. Avancemos rápidamente hasta 2019, los científicos exploran una gran variedad de materiales 2D diferentes, esperando descubrir más de sus propiedades fundamentalesEl frenesí detrás de estos nuevos materiales 2D radica en sus propiedades fascinantes: los materiales diluidos a unos pocos átomos funcionan de manera muy diferente a su versión 3D. Los electrones empaquetados en la capa más delgada de la historia muestran características distintivas además de estar en una "red suelta"."Además de ser flexibles, los materiales 2D podrían presentar propiedades eléctricas distintivas, abriendo nuevas aplicaciones para tecnologías de próxima generación, como dispositivos flexibles y portátiles".
Entonces, ¿cuál es la captura? Muchos parámetros como la temperatura, la presión, el tipo de precursor y la velocidad de flujo deben tenerse en cuenta en la síntesis CVD de materiales 2D. Con múltiples reacciones involucradas, es extremadamente difícil optimizar todos estos factores durantelas reacciones y encontrar sus mejores combinaciones. Dicho esto, la síntesis de materiales 2D es difícil de controlar. Los científicos han intentado acelerar el crecimiento de materiales 2D mediante la adopción de diferentes sustratos, materias primas o temperatura. Sin embargo, solo unos pocos tipos de materiales 2D pueden sersintetizado en grandes áreas de películas de alta calidad.
Científicos del Centro de Materiales de Carbono Multidimensional CMCM, dentro del Instituto de Ciencias Básicas IBS del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan UNIST, en cooperación con investigadores de la Universidad de Pekín PKU y la Universidad deElectronic Science and Technology of China UESTC, demostró que el flúor, que tiene la mayor tendencia a atraer electrones es decir, electronegatividad en todos los elementos, puede acelerar la reacción química para producir tres materiales 2D representativos: grafeno, h-BN y WS2El flúor requiere solo un electrón para lograr una alta estabilidad. Además, al tener siete electrones en la órbita más externa de un átomo, la distancia a la que residen estos electrones de valencia es la mínima en comparación con otros elementos. Esto significa que los electrones de flúor están unidosal átomo con más fuerza que cualquier otro átomo, lo que hace que el flúor sea el elemento más activo en la tabla periódica.
De hecho, los gases activos como el hidrógeno o el oxígeno se usan ampliamente para ajustar el crecimiento de grafeno y otros materiales 2D ". ¿Por qué no el elemento más activo, el flúor? La electronegatividad más alta permite que el flúor forme enlaces con casi todos los átomosen la tabla periódica, por lo que se espera que cambie las rutas de reacción de muchos procesos químicos ", dijo el profesor Feng Ding, el autor correspondiente de este estudio.
Experimentalmente, no es preferible introducir flúor durante el crecimiento de un material ya que el flúor se vuelve altamente tóxico en el reactor. Para resolver el problema, en lugar de usar gas flúor directamente, los científicos confinaron espacialmente el suministro de flúor de modo que solo la cantidad mínima dese consume flúor, colocaron un sustrato de fluoruro metálico MF 2 debajo de una lámina de Cu con un espacio muy estrecho en el medio.A una temperatura alta, los radicales flúor se liberan de la superficie del fluoruro y quedan atrapados espacialmente en el estrecho espacio entre la lámina de Cu y el sustrato de fluoruro metálico.Sorprendentemente, un cambio tan simple conduce a una tasa de crecimiento récord de grafeno a 12 mm por minuto.Para poner esta tasa en perspectiva, este nuevo enfoque reduce el tiempo de crecimiento de 10 cm 2 grafeno de 10 minutos con métodos anteriores, ahora solo a 3 minutos.
La introducción del flúor local cambia por completo la ruta de descomposición del metano. Como el flúor liberado de la superficie del fluoruro metálico reacciona fácilmente con el gas metano, habrá una cantidad suficiente de CH 3 F o CH 2 F 2 moléculas en la brecha entre Cu y BaF 2 sustratos. Estas moléculas podrían descomponerse en una superficie de Cu mucho más fácilmente que el CH4. En otras palabras, alimentan mejor el crecimiento de grafeno al suministrar radicales de carbono más activos es decir, CH 3 , CH 2 , CH y C.
Otros estudios experimentales mostraron que la estrategia de suministro local de flúor también podría acelerar en gran medida el crecimiento de otros materiales 2D, como h-BN y WS2. Los científicos investigaron cómo el flúor confinado espacialmente puede acelerar el crecimiento de materiales 2D.Los estudios teóricos revelaron que el flúor, al ser altamente reactivo, interactúa fácilmente con las moléculas de metano. La existencia de flúor conduce a la formación de CH 3 F o CH 2 F 2 moléculas. Estas moléculas altamente activas pueden descomponerse más fácilmente en la superficie de la lámina de Cu, lo que acelera en gran medida el suministro de carbono para el rápido crecimiento del grafeno.
Aunque el mecanismo detallado de flúor que impulsa el crecimiento de h-BN y WS2 no está claro, los autores confían en que la presencia de flúor podría modificar significativamente las reacciones del crecimiento de los materiales 2D ". Prevemos que este suministro local de flúorfacilite fácilmente el rápido crecimiento de materiales 2D amplios o permita el crecimiento de nuevos materiales 2D que es muy difícil de lograr por otros métodos ", señaló el profesor Feng Ding. Además del fluoruro, hay abundantes tipos de sustratos como sulfuros, seleniuros,cloruros o bromuros que podrían usarse como fuentes de suministro local de diferentes materiales activos, lo que proporciona una plataforma lo suficientemente amplia como para modular el crecimiento de materiales 2D amplios.
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Materiales proporcionados por Instituto de Ciencias Básicas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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