Onderzoekers bouwen eerste 2D-nanodraad voor toekomstige telefoons en zonnepanelen

In 2004 wisten een paar onderzoekers van de Universiteit van Manchester in het VK vrijdagavond een beetje meer high-tech te verslaan door Scotch-tape te gebruiken om de bovenste lagen van een vlok van grafiet te verwijderen. Wat een bijzonder dwaze verspilling van tijd voor iemand anders zou zijn, heeft hen uiteindelijk de Nobelprijs voor de natuurkunde opgeleverd, omdat ze zoveel lagen wegnamen dat ze een materiaal hadden dat maar een paar atomen dik was. Dit was grafeen, het eerste tweedimensionale materiaal ter wereld.

In de dertien jaar daarna hebben onderzoekers geprobeerd te achterhalen hoe ze dit en andere 2D-materialen kunnen gebruiken voor de volgende generatie elektronica, waardoor het probleem van het besparen van ruimte in alles, van telefoons tot zonnepanelen, effectief wordt geëlimineerd. Het probleem is dat het niet genoeg is om iets 2D te maken; het moet mogelijk zijn om samen te stellen meerdere dergelijke materialen in hetzelfde atomen-dikke vlak, waardoor een zogenaamde nanodraad ontstaat.

In een krant die maandag is gepubliceerd Natuurmaterialen, een internationaal team van onderzoekers beschrijft de grote stap voorwaarts die ze hebben gezet in de richting van het creëren van de kleinste draad die de mensheid kent. Het is een ontwikkeling die de deur opent naar het inbedden van ultradunne zonnepanelen of LED-schermen op oppervlakken zoals kleding of glas.

De onderzoekers van King Abdullah University in Saoedi-Arabië, Cornell University, het Massachusetts Institute of Technology en Academia Sinica leggen uit hoe ze een draad konden maken, gemaakt van molybdeendisulfide, dat slechts een paar atomen in diameter heeft, door wolfraamdiselenide, een materiaal dat wordt gebruikt voor flexibele zonnecellen.

Werken met dingen die maar een paar atomen in diameter hebben, is al moeilijk genoeg, maar leren hoe je deze materialen in essentie kunt mengen en hun eigenschappen kunt behouden, is een proces dat wetenschappers heeft bedrogen. De auteurs van dit artikel beschrijven hoe zij in staat waren om nanodraden te maken van een materiaal dat meestal als industrieel smeermiddel wordt gebruikt in de hoop de assemblage van elektronische onderdelen op atomaire schaal aan te moedigen.

"De productie van nieuwe 2D-materialen blijft nog steeds een uitdaging," Markus Buehler, een professor in de techniek aan het MIT, zei in een verklaring. "De ontdekking van mechanismen waarmee bepaalde gewenste materiaalstructuren kunnen worden gecreëerd, is de sleutel tot het verplaatsen van deze materialen naar toepassingen. In dit proces is het gezamenlijke werk van simulatie en experiment van cruciaal belang om vooruitgang te boeken, vooral met behulp van moleculaire modellen van materialen die nieuwe ontwerprichtingen mogelijk maken."

De grootte en veelzijdigheid van Graphene heeft zijn reputatie als de bouwsteen van de toekomst verdiend en dit onderzoek is de meest vooruitgang tot nu toe het oplossen van het probleem hoe meerdere nanomaterialen in hetzelfde vlak moeten worden geplaatst.

Het voordeel van zo'n 2D nanotech is dat het ongelooflijk sterk is en fungeert als een onzichtbaar web waar elektrische stromen doorheen kunnen gaan. Bijna elk oppervlak kan worden gecoat met het materiaal, waardoor het de elektronica nog meer alomtegenwoordig maakt dan ze al zijn.

Het kunnen produceren van 2D-materialen in de hand zou een nieuw tijdperk inluiden van lichtgewicht schermen en zonnecellen die vrijwel overal kunnen worden geïmplanteerd - waardoor het idee van een scherm op je jasmouw meer realiteit is dan een scifi-pijplustroom.

Als je dit artikel leuk vond, bekijk dan deze video over 3D-grafeen.