17 feb. 1999
2 minuten
Onderzoekers over de hele wereld doen hun best om de ongewone eigenschappen van grafeen – de tweedimensionale laag koolstofatomen – te benutten. Maar in het materiaal ontbreekt één belangrijke karakteristiek die het nog nuttiger zou maken. Grafeen heeft geen bandkloof (bandgap) – en die is essentieel voor het maken van bijvoorbeeld computerchips of zonnecellen.
Wetenschappers van MIT en Harvard University hebben nu echter een tweedimensionaal materiaal gevonden waarvan de eigenschappen lijken op die van grafeen, maar met wat extra voordelen, inclusief het feit dat dit materiaal van nature een bandkloof heeft. Het onderzoek, dat net is gepubliceerd in het Journal of the American Chemical Society, werd uitgevoerde door assistent-chemieprofessor Mircea Dincă van het MIT, met zeven co-auteurs.
Het materiaal, een combinatie van nikkel en de organische samenstelling HITP, is bovendien zelfassemblerend. De bestanddelen assembleren zichzelf, een ‘bottom-up’benadering die zich leent voor eenvoudigere productie: en fijnregeling van gewenste eigenschappen door het aanpassen van de relatieve doseringen van de ingrediënten.
Rage
Het onderzoek aan zulke tweedimensionale materialen met vaak buitengewone eigenschappen is volgens Dincă momenteel een rage – maar met een goede reden. Grafeen heeft bijvoorbeeld een goede thermische en elektrische geleiding en het is heel sterk. Maar door het ontbreken van een bandgap is het voor bepaalde toepassingen nodig om het te modificeren. Bijvoorbeeld door het toevoegen van andere moleculen die zich aan de structuur hechten. Dergelijke maatregelen leiden vaak tot een verslechtering van de eigenschappen die het materiaal juist zo aantrekkelijk maken.
Perfecte structuur
Het nieuwe, Ni3(HITP)2 heeft net als grafeen een perfecte hexagonale honingraatstructuur. Bovendien vormen meer lagen van het materiaal perfect uitgelijnde stacks, met de openingen in het midden van de hexagonen allemaal precies even groot: ongeveer 2 nanometer.
In deze eerste experimenten bestudeerden de onderzoekers het materiaal in bulkvorm, dus nog niet in platte vellen. Dincă zegt dat daardoor de huidige resultaten – inclusief uitstekende elektrische geleiding – eigenlijk nog indrukwekkender zijn, omdat de eigenschappen in de uiteindelijke 2D-versie van het materiaal nog beter zouden moeten zijn. "We kunnen met grote zekerheid aannemen dat de eigenschappen van losse deeltjes slechter zijn dan die van een vel."
Arsenaal aan synthesetechnieken
Dit is nog maar het eerste lid van een mogelijk zeer diverse familie van vergelijkbare materialen, opgebouwd uit verschillende metalen of organische stoffen. "We hebben een heel arsenaal aan organische en anorganische synthesetechnieken en die kunnen we benutten door met atoomprecisie eigenschappen schijnbaar oneindig af te stemmen en fijn te regelen", zegt Dincă. Zulke materialen zouden op termijn geschikt kunnen zijn voor zonnecellen die verschillende lichtgolflengten uit het zonnespectrum kunnen gebruiken. Ook kunnen ze van pas komen voor het verbeteren van supercondensatoren voor het opslaan van energie.
Bovendien kan het nieuwe materiaal worden gebruikt voor fundamenteel onderzoeek aan de eigenschappen van materie, of om nieuwe exotische materialen te creëren, bijvoorbeeld magnetisch topologische isolatoren of materialen die Hall-effecten vertonen. "Die zitten in dezelfde klasse van materialen waarvan wordt verwacht dat ze exotische nieuwe elektronische eigenschappen hebben", zeg Dincă. "Dit zouden de eerste voorbeelden zijn van zulke effecten in materialen die zijn samengesteld uit organische moleculen."
Anderen lazen ook
