油和水不混合，但是油和水相遇會發(fā)生什么?或者空氣在哪里遇到液體?獨(dú)特的反應(yīng)發(fā)生在這些界面上，的一組研究人員利用這些反應(yīng)首次成功構(gòu)建了下一代傳感器和能源生產(chǎn)技術(shù)所需的均勻?qū)щ娂{米片。

大阪府立大學(xué)、同步輻射研究所和東京大學(xué)的研究合作于10月28日在ACSAppliedMaterials&Interfaces上發(fā)表了他們的方法。

通訊作者、材料科學(xué)系副教授RieMakiura說：“我們很早就知道油在水表面形成大而均勻的薄膜——理解和利用這種熟悉的現(xiàn)象可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能過程。”，大阪府立大學(xué)。“通過在類似界面上組合使用原材料，我們成功地制造出具有先進(jìn)的導(dǎo)電三維納米結(jié)構(gòu)的功能材料。”

這些材料是金屬有機(jī)骨架，它們是微孔的，由高度有序的金屬離子和有機(jī)連接體組成。據(jù)Makiura稱，它們被稱為MOF，具有從納米技術(shù)到生命科學(xué)的無數(shù)潛在應(yīng)用，但一個(gè)未實(shí)現(xiàn)的特性阻礙了它們的實(shí)際應(yīng)用——大多數(shù)制造的MOF導(dǎo)電性能不佳。

“為了在傳感器和能源設(shè)備等應(yīng)用中利用導(dǎo)電MOF的優(yōu)越特性，制造和集成具有限定孔徑、良好控制的生長方向和薄膜厚度的超薄膜是必要的，并且一直在積極尋求，”牧浦說。

大多數(shù)以前的MOF薄膜開發(fā)涉及從較大的晶體上剝離層并將它們放置在基板上。然而，根據(jù)Makiura的說法，這個(gè)過程很復(fù)雜，而且經(jīng)常會產(chǎn)生不高導(dǎo)電性的厚、不均勻的薄片。為了開發(fā)超薄且均勻的導(dǎo)電納米片，她和她的團(tuán)隊(duì)決定改變這種方法。

他們開始在金屬離子水溶液上涂抹含有有機(jī)連接體的溶液。一旦接觸，物質(zhì)開始以六邊形排列組裝它們的組件。一個(gè)多小時(shí)后，隨著液體和空氣相遇處形成納米片，這種排列繼續(xù)進(jìn)行。納米片形成完成后，研究人員使用兩個(gè)屏障將納米片壓縮成更致密和連續(xù)的狀態(tài)。

根據(jù)Makiura的說法，這是一種生產(chǎn)具有高度組織化晶體結(jié)構(gòu)的極薄納米片的簡化方法。研究人員通過顯微和X射線晶體學(xué)分析證實(shí)了這種均勻結(jié)構(gòu)。可視化的緊密排列的晶體也表明了材料的電學(xué)特性，因?yàn)榫w在每個(gè)薄片中均勻接觸，這也促進(jìn)了薄片之間的緊密接觸。研究人員通過將納米片轉(zhuǎn)移到硅基板上，添加金電極并測量電導(dǎo)率來測試這一點(diǎn)。

“雖然評估超薄膜并不容易，但當(dāng)我們能夠證明它具有三維納米結(jié)構(gòu)和高導(dǎo)電性時(shí)，我們感到很高興，”第一作者、Makiura指導(dǎo)的博士生TakashiOhata說。

研究人員現(xiàn)在正在研究各種參數(shù)如何影響納米片形貌，目的是開發(fā)一種可控和可調(diào)的方法來制造具有目標(biāo)電子特性的高質(zhì)量納米片。

“我們在空氣/液體界面上將合適的分子構(gòu)建組件多功能且簡單的自下而上組裝成擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了完美定向的導(dǎo)電晶體納米片的創(chuàng)建，”Makiura說。“這一新發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步增強(qiáng)了空氣/液體界面合成的潛力，可以創(chuàng)造出多種納米片，用于許多潛在應(yīng)用，包括能源創(chuàng)造裝置和催化劑。”

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