ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик

Исследователи из Токийского столичного университета придумали новый способ сворачивания тонких листов толщиной в один атом в наносвитки.

В их уникальном подходе используются листы дихалькогенида переходного металла с разным составом с каждой стороны, что позволяет получить плотный рулон, дающий спирали диаметром до пяти нанометров в центре и микрометров в длину. Контроль над наноструктурой в этих спиралях обещает новые разработки в области катализа и фотоэлектрических устройств.

Нанотехнологии дают нам новые инструменты для управления структурой материалов на наноуровне, обещая инженерам целый набор наноинструментов для создания материалов и устройств следующего поколения. В авангарде этого движения команда под руководством доцента Ясумицу Мияты из Токийского столичного университета изучает способы управления структурой дихалькогенидов переходных металлов (TMDC), класса соединений с широким спектром интересных свойств, таких как гибкость, сверхпроводимость и уникальное оптическое поглощение.

В своей последней работе ученые сосредоточили внимание на новых способах создания наноскруток — нанолистов, свернутых в плотные структуры, похожие на свитки. Это привлекательный подход для создания многостенных структур: поскольку структура каждого листа одинакова, ориентации отдельных слоев выравниваются друг с другом. Однако два существующих способа получения наноспиралей имеют существенные проблемы. В одном из них удаление атомов серы с поверхности нанолиста создает искажения, которые заставляют лист сворачиваться, но при этом разрушается кристаллическая структура листа. В другом случае между нанолистом и подложкой вводится растворитель, который ослабляет лист от основы и позволяет формировать бездефектные наноспирали. Однако трубчатые структуры, созданные таким образом, обычно имеют большой диаметр.

Вместо подобных подходов команда придумала новый способ заставить листы сворачиваться. Начав с монослойного нанолиста селенида молибдена, они обработали его плазмой и заменили атомы селена с одной стороны на серу; такие структуры получили название нанолистов Януса, в честь древнего двуликого бога. Осторожное добавление растворителя отсоединяет листы от основы, и они самопроизвольно сворачиваются в спирали благодаря асимметрии сторон. Длина этих новых наноспиралей составляет несколько микрон, что значительно больше, чем у ранее созданных одностенных нанолистов TMDC. Кроме того, они оказались более плотно свернутыми, чем когда-либо ранее, с центром диаметром до пяти нанометров, что соответствует теоретическим ожиданиям. Также было обнаружено, что спирали сильно взаимодействуют с поляризованным светом и обладают свойствами выделения водорода.

Благодаря беспрецедентному контролю над наноструктурой, новый метод команды создает основу для изучения новых применений наноспиралей TMDC в катализе и фотоэлектрических устройствах.

11.02.2024