Al igual que la clonación en biología permite la creación de una o más réplicas de los mismos genes exactos, el crecimiento sembrado en química puede producir una lámina metálica muy grande con exactamente la misma textura superficial que la de una semilla. El crecimiento sembrado es muypopular en la síntesis de cristales individuales tridimensionales 3D: los cristales 3D siempre crecen en las mismas formas, al igual que las sales son cristales individuales invariablemente cúbicos.
Mientras tanto, las láminas / películas muy delgadas pueden crecer en diferentes tipos dependiendo de las estructuras de la superficie. Como tal, las aplicaciones pueden variar. Se han dedicado grandes esfuerzos a la síntesis de láminas de metal cristalino simple ya que tienen muchas aplicaciones importantes, como i un sustrato para soportar la síntesis de varios materiales bidimensionales 2D, ii diseñar las propiedades del material depositado sobre él, iii permitir la catálisis selectiva y iv fabricar alambres de metal con electricidad y térmica optimizadasconductividades. A pesar de tales posibilidades, el crecimiento sembrado rara vez se ha aplicado al crecimiento de películas delgadas debido a la falta de conocimiento sobre cómo controlar el proceso de crecimiento.
grupo del profesor Feng Ding del Centro de Materiales de Carbono Multidimensional, dentro del Instituto de Ciencias Básicas IBS, Corea del Sur, en colaboración con el grupo del profesor Kaihui Liu y el grupo del profesor Enge Wang de la Universidad de Pekín, así como el profesorEl grupo de Dapeng Yu de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur informó cómo dar variaciones a las láminas de metal monocristalino. Mediante el recocido por oxidación y la estrategia de crecimiento sembrado, el equipo de investigación obtuvo más de 30 tipos de láminas de cobre del tamaño de papel A4.~ 30 × 21 cm2, que es aproximadamente del mismo tamaño que el legal de EE. UU.
El equipo de investigación ha estado explorando láminas de cobre, uno de los sustratos más populares para apoyar el crecimiento de grafeno y otros materiales 2D. Aunque obtuvieron láminas de cobre Cu de cristal único en su estudio anterior Science Bulletin, 2017, 62,1074-1080, en su mayoría eran Cu 111, cuya superficie es ultraplana y, por lo tanto, menos activa que las que tienen bordes escalonados y pliegues. Mediante cálculos teóricos, el equipo de investigación concluyó que Cu 111 tiende a formarse más fácilmenteque otros tipos, ya que la superficie de Cu 111 tiene la energía superficial más baja y, por lo tanto, es la estructura más favorable en la naturaleza. Este razonamiento los llevó a ajustar la energía de la superficie de las láminas de Cu para obtener láminas de metal de un solo cristal con la superficie deseadatipos
El equipo de investigación cortó el "gen" de una pequeña lámina cristalina única y "pegó" la semilla gen para crear láminas de Cu muy grandes con exactamente la misma textura superficial que la heredada. Para obtener un metal cristalino únicosemillas con varias estructuras superficiales, las láminas policristalinas de Cu se oxidaron primero y luego se recocieron a una temperatura alta 1020 ° C, que está cerca del punto de fusión de Cu, durante varias horas. Cuando el Cu se oxidó, tanto su parte superior como inferiorla superficie estaba cubierta por una capa de óxido de cobre CuxO. A medida que la superficie pura de Cu desaparece debido a la oxidación, las dos superficies de una lámina de Cu se transformaron en dos interfaces Cu-CuxO después de la oxidación previa. Esta alteración cambió la fuerza impulsorade recocido de la energía de la superficie a la energía de la interfaz. "Hemos demostrado que, a diferencia de las energías de la superficie, las diferencias de las energías de la interfaz de las diferentes láminas de Cu son insignificantes, por lo que las láminas policristalinas de Cu pueden ser recocidas en muchos tipos diferentesde cristales individuales al azar ", explica el profesor Feng Ding, el autor correspondiente del estudio.
Luego se cortó un pequeño trozo de lámina de una lámina grande de un solo cristal con una estructura superficial deseada como semilla para la producción en masa. El equipo de investigación descubrió que el recocido de una lámina de Cu policristalino grande con tal semilla conduciría a unalámina de Cu de cristal único grande con exactamente la misma estructura de superficie.
Se realizaron grandes esfuerzos teóricos y experimentales para comprender cómo se formaron estas láminas de Cu cristalino único durante el recocido. Tal proceso se puede entender en dos etapas. Primero, la estructura de la superficie de la semilla se copió en la parte inferior de la granlámina de Cu policristalino y formó un grano anormal un grano que es mucho más grande que otros y tiene la ventaja de crecer aún más con una estructura superficial específica. Segundo, el crecimiento del grano anormal finalmente resulta en un Cu de cristal único muy grandepapel de aluminio con la estructura de superficie designada.
De cientos de experimentos de recocido, el equipo de investigación obtuvo una biblioteca de láminas de Cu monocristalinas con más de 30 tipos de estructuras de superficie diferentes. Las dimensiones de las láminas de Cu monocristalinas obtenidas alcanzaron 39 * 21 cm2, que estaba limitado por el tamañodel horno de recocido.
Además de las láminas de Cu, los investigadores probaron que esta estrategia de crecimiento sembrado se puede aplicar para fabricar láminas de un solo cristal de gran tamaño de otros metales, lo que sugiere que varios tipos de láminas de un solo cristal de la mayoría de los metales podrían estar disponibles en el futuro cercano. "Este logro demuestra un método práctico para la síntesis escalable de láminas de cristal único de metal de transición extremadamente grandes con diferentes tipos de superficie, que tanto se deseaba para aplicaciones fundamentales de ciencia e ingeniería. Nuestro logro abre muchas posibilidades, como el uso de metales de cristal único comocanales conductores en microdispositivos; use estas láminas de metal de cristal único como plantillas para la síntesis controlable de varios materiales bidimensionales; crezca patrones moleculares de área grande con láminas de metal seleccionadas; y catalice selectivamente reacciones químicas en una superficie de lámina con una estructura específica ".señala el profesor Kaihui Liu.
El equipo de investigación intentará comprender el mecanismo de esta siembra dirigida por la oxidación y el crecimiento sembrado a nivel atómico. Continuarán los esfuerzos experimentales para sintetizar varios tipos de láminas metálicas de cristal único de diferentes metales o aleaciones metálicas, así como exploraramplias aplicaciones de estas láminas.
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Básicas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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