Onderzoekers uit Amsterdam vonden een materiaal om ultradun (2D-)materiaal mee te transporteren. En de kans is groot dat het gewoon in uw keukenkastje ligt.

Bij materialen met een dikte van slechts één atoom is de hoogte verwaarloosbaar. 2D-materialen, worden deze platte materialen daarom genoemd. Ze hebben vaak bijzondere eigenschappen, zoals een extreem hoge elektrische geleidbaarheid, een sterke interactie met licht of een opmerkelijke combinatie van sterkte en flexibiliteit. Het bekendste 2D-materiaal is waarschijnlijk grafeen, de 2D-variant van grafiet. Dit omdat in 2010 twee natuurkundigen de Nobelprijs wonnen voor hun methode om grafeen uit grafiet te ‘oogsten’ – namelijk door het daar simpelweg met een stukje plakband vanaf te trekken.

Sinds die ontdekking zijn de methoden om 2D-materialen te maken en over te brengen in apparaten of instrumenten weliswaar verfijnd, maar niet wezenlijk veranderd. Nog altijd drukt men hiervoor een klevende band op een kristal, om het daar vervolgens weer af te trekken. Sinds 2018 wordt vaak een goudfilm gebruikt in plaats van plakband om 2D-materiaal van het kristal af te pellen. Het voordeel daarvan is dat er minder schilfering optreedt, en het resultaat dus uit grotere intacte vellen bestaat.

Huishoudfolie

De volgende uitdaging is het overbrengen van het materiaal op een ander oppervlak, zonder dat het stuk gaat. Het atoomdikke materiaal kan namelijk door elke minuscule oneffenheid worden beschadigd.

Wetenschappers van de Universiteit van Amsterdam (UvA), het Advanced Research Center for Nanolithografie (ARCNL) en NWO-instituut AMOLF presenteren nu een materiaal waar 2D-materiaal beter op te stempelen is dan eerder mogelijk was, schrijven ze deze maand in het wetenschappelijke tijdschrift ACS Nano. Het gaat om keukenfolie, het dunne plastic op een rol dat in veel keukenladen ligt en wordt gebruikt om restjes eten in te pakken voor die de koelkast in gaan.

Scanning-elektronenmicroscoopafbeelding van een schilfer 2D-materiaal op een puntig oppervlak. Bron: Universiteit van Amsterdam

Europees

‘Huishoudfolie bleek precies de juiste eigenschappen te hebben om de delicate 2D-materialen voorzichtig en effectief te hanteren’, zegt Bernardo Dias, promovendus aan de UvA en eerste auteur van het wetenschappelijke artikel hierover in een nieuwsbericht van de UvA. Wel moet het Europees huishoudfolie zijn, schrijven de onderzoekers – die uit Japan werkt in elk geval minder goed.

‘Wij probeerden resultaten van een onderzoeksgroep in Japan te repliceren, maar het bleek dat huishoudfolie in Europa van een ander polymeer is gemaakt’, zegt Jorik van de Groep, hoofd van de 2D Nanofotonica-groep aan het UvA-Institute of Physics, in hetzelfde nieuwsbericht. ‘Het polymeer dat we hier gebruiken, smelt bij 120 graden Celsius, terwijl dat van hen dat niet deed. Die eigenschap bleek de doorslaggevende factor te zijn voor een succesvolle 2D-materiaaloverdracht: we konden ons huishoudfolie eenvoudigweg op het materiaal smelten om het te laten hechten.’

Toepassingen

Een betere overdracht van 2D-materialen zonder dat deze in flinters uiteenvallen, brengt toepassingen van deze materialen een stap dichterbij. Hierbij valt te denken aan de fabricage van transistors op basis van 2D-materialen of de ontwikkeling van ultradunne optische elementen zoals lenzen en modulatoren. Ook kunnen verschillende 2D-vellen als een soort lasagne opeengestapeld worden tot een nieuw materiaal, met wellicht weer andere eigenschappen.

Openingsbeeld: Depositphotos