La conception de nouveaux matériaux permet soit d’améliorer l’efficacité d’applications connues, soit de créer des applications totalement nouvelles qui étaient hors de portée avec les matériaux existants. En effet, des dizaines de milliers de matériaux conventionnels tels que les métaux et leurs alliages ont été identifiés au cours des cent dernières années. On a prédit l’existence d’un nombre similaire de matériaux 2D possibles, mais pour l’instant, seule une fraction d’entre eux a été produite dans des expériences. L’une des raisons en est l’instabilité de nombre de ces matériaux dans des conditions de laboratoire.
Dans l’étude récente, les chercheurs ont synthétisé de l’iodure cuivreux 2D qui était stabilisé dans un milieu de travail. graphène Il s’agit du premier exemple d’un matériau qui n’existe pas dans des conditions normales de laboratoire. La synthèse utilise le grand espacement entre les couches des multicouches de graphène oxydé, qui permet aux atomes d’iode et de cuivre de diffuser dans l’espace et de faire croître le nouveau matériau. Les couches de graphène ont ici un rôle important en imposant une pression élevée sur le matériau pris en sandwich qui devient ainsi stabilisé. La structure sandwich résultante est présentée dans l’illustration ci-dessous.
Une couche unique d’iodure cuivreux encapsulée entre deux feuilles de graphène (atomes gris). Crédit : 2021 Kimmo Mustonen, Christoph Hofer und Viera Skákalov
“Comme souvent, lorsque nous avons vu pour la première fois le nouveau matériau dans nos images de microscopie, ce fut une surprise”, explique Kimmo Mustonen, auteur principal de l’étude. “Il nous a fallu un certain temps pour comprendre ce qu’était précisément cette structure. Cela nous a permis, en collaboration avec la société Danubia NanoTech, dirigée par Viera Skákalová, de concevoir un processus chimique pour la produire à grande échelle”, poursuit-il. La compréhension de la structure a été un effort conjoint des scientifiques des universités de Vienne, Tübingen, Anvers et CY Cergy Paris. “Nous avons dû utiliser plusieurs techniques de microscopie électronique pour nous assurer que nous voyions bien une monocouche de cuivre et d’iode et pour extraire les caractéristiques exactes de la structure. atome positions en 3D, y compris les dernières méthodes que nous avons récemment développées”, ajoute le deuxième auteur principal, Christoph Hofer.
Après l’iodure de cuivre 2D, les chercheurs ont déjà étendu la méthode de synthèse pour produire d’autres nouveaux matériaux 2D. “La méthode semble être véritablement universelle, donnant accès à des dizaines de nouveaux matériaux 2D. C’est une époque vraiment passionnante !” conclut Kimmo Mustonen.
Référence : “Toward Exotic Layered Materials : 2D Cuprous Iodide” par Kimmo Mustonen, Christoph Hofer, Peter Kotrusz, Alexander Markevich, Martin Hulman, Clemens Mangler, Toma Susi, Timothy J. Pennycook, Karol Hricovini, Christine Richter, Jannik C. Meyer, Jani Kotakoski et Viera Skákalová, 7 décembre 2021, Matériaux avancés.
DOI : 10.1002/adma.202106922
