금의 단일 원자층: 연구원들이 골든을 만들다

처음으로 과학자들은 단일 원자층 두께의 금 시트를 만드는 데 성공했습니다. 이 물질은 골든(Golden)이라고 불렸습니다. 스웨덴 린셰핑 대학(Linköping University)의 연구원에 따르면, 이는 금에 이산화탄소 전환, 수소 생산 및 부가가치 화학 물질 생산과 같은 응용 분야에 사용하기에 적합할 수 있는 새로운 특성을 부여했습니다. 그들의 연구 결과는 저널에 게재되었습니다. 자연합성.

과학자들은 오랫동안 단원자 두께의 금판을 만들려고 노력해 왔지만 금속이 서로 뭉치는 경향 때문에 실패했습니다. 그러나 린셰핑 대학의 연구자들은 일본 대장장이들이 사용한 100년 된 방법 덕분에 이제 성공했습니다.

“물질을 극도로 얇게 만들면 그래핀처럼 특별한 일이 일어납니다. 금에서도 똑같은 일이 일어납니다. 아시다시피 금은 일반적으로 금속이지만 단일 원자층 두께의 금은 반도체가 될 수 있습니다. 대신, Linköping University의 재료 디자인 부서 연구원인 Shun Kashiwaya는 말합니다.

연구진은 골든을 만들기 위해 티타늄과 탄소 층 사이에 금이 박혀 있는 3차원 기본 재료를 사용했습니다. 그러나 골든을 생각해내는 것은 어려운 일이었습니다. Linköping University의 박막 물리학 교수인 Lars Hultman에 따르면 이러한 진전의 일부는 우연한 일 때문이라고 합니다.

“우리는 완전히 다른 용도를 염두에 두고 기본 재료를 만들었습니다. 우리는 실리콘이 얇은 층에 있는 티타늄 실리콘 카바이드라는 전기 전도성 세라믹으로 시작했습니다. 그런 다음 재료를 금으로 코팅하여 접촉을 만드는 것이 아이디어였습니다. 그러나 언제 부품을 고온에 노출하자 기본 재료 내부의 실리콘 층이 금으로 대체되었습니다.”라고 Lars Hultman은 말합니다.

이 현상을 인터칼레이션(intercalation)이라고 하며, 연구진이 발견한 것은 티타늄 금 탄화물이었습니다. 수년 동안 연구자들은 금이 어떻게 벗겨지거나 패닝될 수 있는지 알지 못한 채 티타늄 금 탄화물을 가지고 있었습니다.

우연히 Lars Hultman은 100년 넘게 일본의 단조 예술에 사용되어 온 방법을 발견했습니다. 예를 들어 칼을 만들 때 탄소 잔류물을 식각하고 강철의 색을 바꾸는 것을 무라카미 시약이라고 합니다. 그러나 대장장이가 사용한 것과 똑같은 제조법을 사용하는 것은 불가능했습니다. Shun Kashiwaya는 수정 사항을 살펴봐야 했습니다.

“무라카미 시약의 농도를 다양하게 하고 에칭 기간을 다양하게 시도했습니다. 하루, 일주일, 한 달, 몇 달. 우리가 알아차린 것은 농도가 낮을수록, 에칭 공정이 길어질수록 좋다는 것입니다. 하지만 여전히 그렇지 않았습니다. 충분하지 않다”고 그는 말한다.

빛을 받으면 시안화물이 반응하여 금을 녹이기 때문에 에칭은 어두운 곳에서 수행되어야 합니다. 마지막 단계는 금 시트를 안정하게 만드는 것이었습니다. 노출된 2차원 시트의 말림을 방지하기 위해 계면활성제를 첨가하였습니다. 이 경우 시트를 분리하고 안정화하는 긴 분자, 즉 텐사이드(tenside)입니다.

“골든 시트는 우유 속의 콘플레이크와 같은 용액에 들어 있습니다. 일종의 “체”를 사용하여 금을 수집하고 전자 현미경을 사용하여 검사하여 성공했는지 확인할 수 있습니다. 우리는 그렇게 했습니다.”라고 Shun은 말합니다. 카시와야.

골든의 새로운 특성은 금이 2차원일 때 두 개의 자유 결합을 갖는다는 사실에 기인합니다. 덕분에 미래의 응용 분야에는 이산화탄소 전환, 수소 생성 촉매 작용, 부가가치 화학 물질의 선택적 생산, 수소 생산, 수질 정화, 통신 등이 포함될 수 있습니다. 더욱이 오늘날 응용 분야에 사용되는 금의 양은 훨씬 줄어들 수 있습니다.

LiU 연구진의 다음 단계는 다른 귀금속에도 동일한 작업을 수행할 수 있는지 조사하고 향후 추가적인 응용 분야를 식별하는 것입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/04/240416115933.htm