द्वि-आयामी सामग्री
द्वि-आयामी सामग्री क्रिस्टलीय ठोस होते हैं जो केवल एक या कुछ परमाणुओं जितने मोटे होते हैं, जिन्हें स्तरित मूल क्रिस्टलों से अलग किया जाता है। एक ही तल तक उनका सीमित होना इलेक्ट्रॉनिक, ऑप्टिकल और रासायनिक गुण प्रदान करता है जो उनके स्थूल रूप में उपलब्ध नहीं होते हैं।
Definition
एक द्वि-आयामी सामग्री एक क्रिस्टलीय ठोस की एक चादर होती है जो एक या कुछ परमाणु परतों जितनी मोटी होती है, जो एक स्तरित मूल से प्राप्त होती है जिसमें मजबूत इन-प्लेन बॉन्डिंग कमजोर इंटरलेयर बलों के साथ सह-अस्तित्व में होती है, ताकि व्यक्तिगत परतों को अलग किया जा सके और एक विशिष्ट, सीमित सामग्री के रूप में व्यवहार किया जा सके।
Scope
यह विषय परमाणु रूप से पतली चादरों के रसायन विज्ञान को शामिल करता है: ग्रेफीन एक आदर्श उदाहरण के रूप में, अर्धचालक संक्रमण-धातु डाइकैल्कोजेनाइड्स जैसे मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड, हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड, और MXenes जैसे उभरते परिवार। यह बताता है कि ऐसी चादरें कैसे प्राप्त की जाती हैं — स्तरित क्रिस्टलों का यांत्रिक और तरल-चरण एक्सफोलिएशन और बॉटम-अप विकास — उनकी सतह और किनारे का रसायन विज्ञान, और गुण परिवर्तन, जैसे कि पतला करने पर प्रत्यक्ष बैंड गैप का उद्भव, जो दो आयामों तक सीमित होने से उत्पन्न होता है।
Core questions
- स्तरित मूल क्रिस्टलों से एकल परमाणु परतों को कैसे अलग किया जाता है?
- जब एक स्तरित सामग्री को एक परत तक पतला किया जाता है तो गुण कैसे बदलते हैं?
- द्वि-आयामी चादरों की सतह और किनारे का रसायन विज्ञान क्या है?
- ग्रेफीन के अलावा, द्वि-आयामी सामग्रियों के कौन से परिवार मौजूद हैं?
Key concepts
- ग्रेफीन
- संक्रमण-धातु डाइकैल्कोजेनाइड्स
- वैन डेर वाल्स लेयरिंग
- यांत्रिक और तरल-चरण एक्सफोलिएशन
- मोनोलेयर बैंड-गैप क्रॉसओवर
- किनारे और सतह का कार्यात्मककरण
Key theories
- स्तरित क्रिस्टलों का एक्सफोलिएशन
- स्तरित ठोस इन-प्लेन मजबूत बंधों द्वारा एक साथ जुड़े होते हैं लेकिन परतों के बीच कमजोर वैन डेर वाल्स बलों द्वारा, इसलिए व्यक्तिगत चादरों को यांत्रिक रूप से छीला जा सकता है या तरल पदार्थों में इंटरकैलेशन और सोनिकेशन द्वारा अलग किया जा सकता है ताकि द्वि-आयामी परतें प्राप्त हो सकें।
- आयामी सीमा और उभरते गुण
- एक स्तरित क्रिस्टल को एक एकल चादर तक कम करने से इलेक्ट्रॉन एक तल तक सीमित हो जाते हैं, जिससे स्थूल रूप में अनुपस्थित गुण उत्पन्न होते हैं — ग्रेफीन का द्रव्यमान रहित-वाहक परिवहन और अप्रत्यक्ष-से-प्रत्यक्ष बैंड-गैप क्रॉसओवर जो संक्रमण-धातु डाइकैल्कोजेनाइड्स को मोनोलेयर तक पतला करने पर देखा जाता है।
Mechanisms
तरल एक्सफोलिएशन में, विलायक या इंटरकैलांट अणु परतों के बीच प्रवेश करते हैं और इंटरलेयर आकर्षण को कम करते हैं ताकि आंदोलन व्यक्तिगत चादरों को अलग कर दे; रासायनिक कार्यात्मकता अधिमानतः प्रतिक्रियाशील किनारों और दोष स्थलों पर होती है, जहां डेंगलिंग बॉन्ड सबसे अधिक सुलभ होते हैं।
Clinical relevance
द्वि-आयामी सामग्रियों का अध्ययन उच्च-गतिशीलता और लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स, पारदर्शी कंडक्टर, बहुत उच्च सतह संवेदनशीलता वाले सेंसर, हाइड्रोजन विकास के लिए इलेक्ट्रोकैटेलिस्ट, और चयनात्मक झिल्ली के लिए किया जाता है, जिसमें सामग्री का चुनाव इस बात पर निर्भर करता है कि एक कंडक्टर, अर्धचालक, या इन्सुलेटर की आवश्यकता है।
History
नोवोसेलोव और गीम द्वारा 2004 में एकल-परत ग्रेफीन का अलगाव, जिन्होंने ग्रेफाइट को तोड़ने के लिए चिपकने वाली टेप का उपयोग किया था, ने दिखाया कि एक स्थिर परमाणु रूप से पतला क्रिस्टल मौजूद हो सकता है और इस क्षेत्र को गति प्रदान की। बाद के काम ने एक्सफोलिएशन को कई अन्य स्तरित यौगिकों तक बढ़ाया और स्केलेबल तरल-चरण मार्गों का विकास किया, जिससे द्वि-आयामी सामग्री एक व्यापक परिवार के रूप में स्थापित हुई।
Key figures
- Andre Geim
- Konstantin Novoselov
- Jonathan Coleman
Related topics
Seminal works
- novoselov2004
- geim2007
- nicolosi2013
Frequently asked questions
- ग्रेफीन ग्रेफाइट से किस प्रकार भिन्न है?
- ग्रेफाइट कई ग्रेफीन परतों का एक ढेर है जो कमजोर वैन डेर वाल्स बलों द्वारा एक साथ जुड़े होते हैं। एक एकल पृथक परत — ग्रेफीन — अपने इलेक्ट्रॉनों को दो आयामों तक सीमित करती है, जिससे इसे विशिष्ट गुण मिलते हैं जैसे कि अत्यधिक उच्च वाहक गतिशीलता जो त्रि-आयामी ढेर में नहीं दिखती है।
- मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड एक एकल परत के रूप में बेहतर प्रकाश उत्सर्जक क्यों बन जाता है?
- स्थूल रूप में, मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड में एक अप्रत्यक्ष बैंड गैप होता है, जो प्रकाश उत्सर्जन को अक्षम बनाता है। जब इसे एक एकल परत तक पतला किया जाता है, तो सीमा बैंड संरचना को बदल देती है ताकि गैप प्रत्यक्ष हो जाए, जिससे प्रकाश का कुशल अवशोषण और उत्सर्जन संभव हो सके।