ผลการวิจัยใหม่เกี่ยวกับกราฟีน

วัสดุสองมิติรับประกันความก้าวหน้าในการปฏิวัติในด้านอิเล็กทรอนิกส์และโฟโตนิกส์ แต่วัสดุที่มีแนวโน้มมากที่สุดจำนวนมากจะสลายตัวภายในไม่กี่วินาทีหลังจากสัมผัสกับอากาศ ทำให้แทบไม่เหมาะสำหรับการวิจัยหรือบูรณาการเข้ากับเทคโนโลยีเชิงปฏิบัติ ไดฮาไลด์โลหะทรานซิชันเป็นวัสดุประเภทหนึ่งที่น่าดึงดูดใจอย่างมากแต่ก็ท้าทาย คุณสมบัติที่คาดการณ์ไว้นั้นเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์ยุคหน้า แต่ปฏิกิริยาที่สูงมากในอากาศยังเป็นอุปสรรคต่อการกำหนดลักษณะของโครงสร้างพื้นฐานอีกด้วย

นักวิจัยจากสถาบันกราฟีนแห่งชาติแห่งมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ประสบความสำเร็จในการถ่ายภาพความละเอียดระดับอะตอมของไดโอไดด์โลหะทรานซิชันชั้นเดียวด้วยการสร้างตัวอย่าง TEM ที่ปิดผนึกด้วยกราฟีน เพื่อป้องกันไม่ให้วัสดุที่มีปฏิกิริยาสูงเหล่านี้สลายตัวเมื่อสัมผัสกับอากาศ

งานวิจัยนี้ซึ่งตีพิมพ์ใน ACS Nano แสดงให้เห็นว่าการห่อหุ้มคริสตัลอย่างสมบูรณ์ภายในกราฟีนช่วยรักษาส่วนต่อประสานที่สะอาดระดับอะตอม และยืดอายุการใช้งานจากไม่กี่วินาทีเป็นเดือน

ความสามารถนี้เกิดขึ้นจากการปรับปรุงวิธีการถ่ายโอนตราประทับอนินทรีย์ที่พัฒนาและรายงานโดยทีมงานใน *Nature Electronics* ซึ่งวางรากฐานสำหรับการผลิตตัวอย่างที่ปิดผนึกและมีเสถียรภาพ

“ในตอนแรก การจัดการวัสดุเหล่านี้แทบจะเป็นไปไม่ได้เลย เนื่องจากวัสดุเหล่านี้จะถูกทำลายอย่างสมบูรณ์ภายในไม่กี่วินาทีเมื่อสัมผัสกับอากาศ ทำให้วิธีการเตรียมแบบดั้งเดิมไม่สามารถใช้งานได้” ดร. Wendong Wang ผู้เกี่ยวข้องกับการพัฒนาเทคโนโลยีการถ่ายโอนและการเตรียมตัวอย่างที่เกี่ยวข้องอธิบาย “วิธีการของเราปกป้องตัวอย่างโดยไม่มีขั้นตอนการถ่ายโอนที่ไม่จำเป็น ช่วยให้สามารถเตรียมตัวอย่างที่สามารถเก็บรักษาได้ไม่เพียงแต่เป็นเวลาหลายชั่วโมงแต่ยังเป็นเวลาหลายเดือนอีกด้วยและสามารถถ่ายโอนระหว่างประเทศระหว่างสถาบันต่างๆ ได้ ซึ่งช่วยแก้ปัญหาคอขวดที่สำคัญในด้านการวิจัยวัสดุสองมิติ”

“เมื่อเราสามารถเตรียมตัวอย่างที่มีความเสถียร เราก็สามารถสังเกตที่น่าสนใจเกี่ยวกับวัสดุเหล่านี้ได้ รวมถึงการระบุความแปรผันของโครงสร้างในท้องถิ่นที่กว้างขวาง การเปลี่ยนแปลงข้อบกพร่องของอะตอม และวิวัฒนาการของโครงสร้างขอบในตัวอย่างที่บางที่สุด” ดร. Gareth Teton ผู้นำการถ่ายภาพและการวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านสำหรับงานนี้กล่าว

ภาพโดยมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์

“โครงสร้างของวัสดุสองมิติมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับคุณสมบัติของพวกมัน ดังนั้น ความสามารถในการสังเกตโครงสร้างของผลึกที่แตกต่างกันได้โดยตรง (จากชั้นเดียวไปจนถึงความหนาจำนวนมาก) และพฤติกรรมข้อบกพร่องของพวกเขานั้นคาดว่าจะให้ข้อมูลสำหรับการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับวัสดุเหล่านี้ ซึ่งจะช่วยปลดล็อกศักยภาพของพวกเขาในสาขาเทคโนโลยี”

“สิ่งที่ทำให้ฉันตื่นเต้นมากที่สุดก็คืองานวิจัยนี้ได้เปิดพื้นที่ทางวิทยาศาสตร์ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ก่อนหน้านี้ ในทางทฤษฎี เรารู้แล้วว่าวัสดุสองมิติที่ใช้งานอยู่จำนวนมากมีประสิทธิภาพที่โดดเด่นในด้านอิเล็กทรอนิกส์ ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ และการประยุกต์ใช้ควอนตัม แต่เราไม่สามารถได้ตัวอย่างที่เสถียรในห้องปฏิบัติการเพื่อตรวจสอบการคาดการณ์เหล่านี้” ศาสตราจารย์โรมัน กอร์บาชอฟ จากสถาบันกราฟีนแห่งชาติซึ่งเป็นผู้นำการวิจัยให้ความเห็น