Camada

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 7880 (2023) Cite este artigo

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Detalhes das métricas

Relatamos a estabilidade dependente da camada de nanofolhas de mica bidimensionais (2D) do tipo moscovita (KAl3Si3O10(OH)2). Os cálculos dos primeiros princípios em nanofolhas de mica com diferentes espessuras de camada (n = 1, 2 e 3) revelam sua estabilidade dependente da camada; nanofolhas de mica 2D de numeração ímpar são mais estáveis ​​do que as de numeração par, e a estabilidade preferível de camadas de numeração ímpar se origina de efeitos eletrônicos. Um modelo de blindagem de núcleo é proposto com uma suposição razoável, provando com sucesso a instabilidade das nanofolhas de mica de número par. A imagem Raman suporta que a população de nanofolhas de mica ímpares é predominante em produtos de mica esfoliados. Os estados de carga alternados com camadas pares/ímpares foram evidenciados por microscopia de força de sonda Kelvin. Também demonstramos uma degradação fotocatalítica única, abrindo novas portas para aplicações ambientais de nanofolhas de mica.

O controle da camada atômica em nanofolhas bidimensionais (2D) está recebendo grande atenção como uma nova categoria de ciência de materiais por causa das propriedades físicas e químicas especiais das nanofolhas que sugerem aplicações potenciais em dispositivos eletrônicos de próxima geração1,2,3,4 ,5,6,7,8,9,10,11. Impulsionados pela descoberta do grafeno1,6, muitos pesquisadores exploraram as propriedades e aplicações de nanofolhas 2D, consistindo de materiais inorgânicos em camadas4,5,6,7,8. Os materiais 2D ganharam muita consideração recentemente devido às suas propriedades extraordinárias11 e são usados ​​em diferentes aplicações, como energia12, sensor de umidade13,14, etc. Diferentes técnicas de caracterização, como métodos ópticos15, espectroscopia Raman16, estudo AFM17, foram usadas para caracterizá-los . Além disso, suas características são exploradas pela teoria do funcional da densidade18,19.

Em particular, sendo semelhante ao grafeno, espera-se que a redução do número de camadas nos materiais inorgânicos traga novas propriedades e novas aplicações20. Por exemplo, Ryousuke Ishikawa et al21 investigaram o efeito do número de camadas de grafeno no desempenho de células solares de perovskita/grafeno, nas quais eles também relatam a função de trabalho do grafeno dependente da camada; 4,82 eV para monocamada, 4,94 eV para bicamada e um pico de aproximadamente 4,97 eV para três camadas e acima. É interessante estudar se tendências semelhantes são mantidas em estruturas inorgânicas 2D.

A mica, devido às suas propriedades peculiares, incluindo estabilidade elétrica, mecânica e química, tem sido usada em uma variedade de aplicações, como substratos isolantes, capacitores, películas de tinta e revestimentos de barreira. Em particular, uma vez que a mica é originalmente composta por uma estrutura em camadas com fortes ligações no plano e fraco acoplamento entre as camadas, ela é eficientemente clivada em nanofolhas finas22,23,24,25,26, apresentando propriedades únicas e úteis. Por exemplo, com suas características dielétricas com bandgap de 7,85 eV27,28,29, as propriedades capacitivas da mica serão extremamente elevadas pela esfoliação.

Embora existam alguns relatos sobre a esfoliação genuína de nanofolhas de mica, até nanofolhas de uma ou poucas camadas30,31, ainda há espaço para mais estudos neste aspecto. Além disso, não houve progresso significativo na revelação de novas propriedades e aplicações de nanofolhas de mica com espessura extremamente pequena. Em uma publicação recente24, relatamos uma abordagem simples, mas bastante inesperada, para o estreitamento ajustável do bandgap em nanofolhas de mica 2D do tipo moscovita (KAl3Si3O10(OH)2) por meio de espessura molecular controlada. A diminuição do número de camadas resultou em uma energia de bandgap reduzida de 7 para 2,5 eV, e o caso bicamada exibiu uma natureza semicondutora com uma energia de bandgap de ~ 2,5 eV. Isso foi atribuído a relaxações de rede, bem como efeitos de dopagem de superfície. Essas nanofolhas de mica 2D projetadas com bandgap podem resolver alguns problemas importantes no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos/optoeletrônicos baseados em nanofolhas 2D que requerem um bandgap estreito, uma transição de semicondutor para metal e excelente estabilidade da estrutura dependente da camada.