층

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7880(2023) 이 기사 인용

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우리는 백운모형 2차원 운모 나노시트(KAl3Si3O10(OH)2)의 층 의존적 안정성에 대해 보고합니다. 서로 다른 층 두께(n = 1, 2 및 3)를 갖는 운모 나노시트에 대한 첫 번째 원리 계산은 층 의존적 안정성을 나타냅니다. 홀수번째 2차원 운모 나노시트는 짝수번째 나노시트보다 더 안정적이며, 홀수번째 층의 바람직한 안정성은 전자 효과에서 비롯됩니다. 합리적인 가정을 바탕으로 코어 차폐 모델을 제안하여 짝수 운모 나노시트의 불안정성을 성공적으로 입증했습니다. 라만 이미징은 박리된 운모 제품에서 홀수 운모 나노시트의 집단이 우세하다는 것을 뒷받침합니다. 홀수/짝수 층의 교대 전하 상태는 켈빈 탐침 힘 현미경으로 입증되었습니다. 우리는 또한 독특한 광촉매 분해를 보여줌으로써 운모 나노시트의 환경적 응용을 위한 새로운 문을 열었습니다.

2차원(2D) 나노시트의 원자층 제어는 차세대 전자 장치에 잠재적인 응용 가능성을 시사하는 나노시트의 특별한 물리적, 화학적 특성으로 인해 재료 과학의 새로운 범주로 큰 주목을 받고 있습니다1,2,3,4 ,5,6,7,8,9,10,11. 그래핀1,6의 발견을 계기로 많은 연구자들이 무기층 재료4,5,6,7,8로 구성된 2D 나노시트의 특성과 응용을 탐구했습니다. 2D 재료는 탁월한 특성11으로 인해 최근 많은 고려를 받고 있으며 에너지12, 습도 센서13,14 등과 같은 다양한 응용 분야에 사용됩니다. 광학 방법15, 라만 분광학16, AFM 연구17과 같은 다양한 특성화 기술이 재료를 특성화하는 데 사용되었습니다. . 또한, 그 특징은 밀도 함수 이론 의해 탐구됩니다.

특히, 그래핀과 유사한 무기재료의 층수 감소로 인해 새로운 특성과 새로운 응용이 가능할 것으로 기대된다20. 예를 들어, Ryousuke Ishikawa et al21은 페로브스카이트/그래핀 태양 전지의 성능에 대한 그래핀 층 수의 영향을 조사했으며, 여기서 그들은 또한 층 의존적 그래핀 일함수를 보고했습니다. 단층의 경우 4.82eV, 이중층의 경우 4.94eV, 3층 이상의 경우 피크는 약 4.97eV입니다. 2차원 무기구조에서도 비슷한 경향이 유지되는지 연구하는 것은 흥미롭다.

운모는 전기적, 기계적, 화학적 안정성을 포함한 독특한 특성으로 인해 절연 기판, 커패시터, 페인트 필름 및 차단 코팅과 같은 다양한 응용 분야에 사용되었습니다. 특히, 운모는 원래 강한 면내 결합과 약한 층간 결합을 갖는 층상 구조로 구성되어 있기 때문에 효율적으로 얇은 나노시트로 절단되어 독특하고 유용한 특성을 나타냅니다. 예를 들어, 밴드갭이 7.85eV27,28,29인 유전 특성을 갖는 운모의 용량 특성은 박리로 인해 극도로 높아집니다.

단층 또는 소수 층의 나노시트까지 운모 나노시트의 진정한 박리에 대한 일부 보고가 있지만30,31 이 측면에 대해서는 여전히 추가 연구의 여지가 있습니다. 더욱이, 극히 얇은 두께를 갖는 운모 나노시트의 새로운 특성 및 응용을 밝히는 데에는 큰 진전이 없었습니다. 최근 간행물24에서 우리는 제어된 분자 두께를 통해 백운모형(KAl3Si3O10(OH)2) 2D 운모 나노시트에서 조정 가능한 밴드갭을 좁히는 간단하지만 예상치 못한 접근 방식을 보고했습니다. 층 수를 줄이면 밴드갭 에너지가 7eV에서 2.5eV로 감소하고 이중층 케이스는 ~2.5eV의 밴드갭 에너지로 반도체 특성을 나타냅니다. 이는 격자 이완과 표면 도핑 효과에 기인합니다. 이러한 밴드갭 설계 2D 운모 나노시트는 좁은 밴드갭, 반도체-금속 전이 및 우수한 층 의존 구조 안정성을 요구하는 2D 나노시트 기반 전자/광전자 장치 개발의 몇 가지 주요 문제를 해결할 수 있습니다.