Kultainen nanoliima täydentää ihmemateriaalin

Oulun yliopiston NANOMO-tutkimusyksikön johtamassa tutkimuksessa on onnistuttu kehittämään nanoliitos, jolla yksi lupaavimmista puolijohdemateriaaleista, molybdeenisulfidi, kyetään liittämään muihin komponentteihin, kuten nikkeliin.

Nanoteknologian suosituin tutkimuskohde on viime vuosina ollut grafeeni. Tämä ihmeaine on periaatteessa hyvin yksinkertaista, sillä se koostuu pelkästä hiilestä, ja sitä voidaan valmistaa kuorimalla tavallisesta grafiitista teipin avulla yksi atomikerros pois. Näin saatu materiaali on kaksiulotteinen, minkä ansiosta sillä on joukko tavallisista kolmiulotteisista materiaaleista poikkeavia ominaisuuksia.

Yksi tärkeä ominaisuus grafeenilta kuitenkin puuttuu: se ei ole puolijohde, mikä vaikeuttaa sen käyttöä elektroniikan sovelluksissa.  Tutkijat ovatkin alkaneet etsiä muita kaksiulotteisia materiaaleja, joilla on tämä toivottu ominaisuus. Yksi lupaavimmista on molybdeenidisulfidi (MoS2), joka grafiitin tavoin koostuu toisiinsa heikosti sidoksissa olevista kerroksista. Sen lisäksi, että molybdeenisulfidi on puolijohde, sen puolijohtavat ominaisuudet muuttuvat riippuen siitä, onko atomikerroksia yksi vai useampia.

Jotta yhden tai muutaman kerroksen paksuinen molybdeenisulfidi olisi käyttökelpoinen erilaisissa sovelluksissa, täytyy se kyetä liittämään muihin komponentteihin. Tarvitaan siis metallinen johdin, joka on ominaisuuksiltaan sellainen, että sähkövirta kulkee helposti tämän johtimen ja puolijohteen välillä.  Molybdeenisulfidin tapauksessa lupaava johdin on nikkeli, jolla on myös muita sovellusten kannalta lupaavia ominaisuuksia.

Oulun yliopiston Nano- ja molekyylisysteemien (NANOMO) tutkimusyksikön johtama kansainvälinen tutkijaryhmä havaitsi äskettäin kuitenkin, että nikkelistä valmistetut nanohiukkaset eivät sellaisenaan kiinnity molybdeenisulfidiin. Tarvitaan kultaa, joka ”liimaa” johtimen ja komponentin toisiinsa.

NANOMOssa työskentelevä dosentti Wei Cao selittää, miten tällainen liima syntyy: ”Synteesi saadaan aikaan käyttäen äänikemiaa.”  Äänikemia on menetelmä, jossa ultraäänen avulla saadaan aikaan kemiallisia reaktioita. NANOMOn tutkija Xinying Shi lisää: ”Liitoksena voi toimia joko pelkkä kultakide tai kullan, nikkelin ja molybdeenisulfidin muodostama seos.”

Näin saadaan aikaan nanoliitos, jonka sähkövastus on hyvin pieni.  Liitos ei myöskään huononna molybdeenisulfidin puolijohde- eikä nikkelin magneettisia ominaisuuksia. Uudella materiaalilla on lisäksi hyviä ominaisuuksia, joita millään sen osista sellaisenaan ei ole. Se toimii mm. valokatalyyttina, joka toimii huomattavasti tehokkaammin kuin pelkkä molybdeenisulfidi. Kultaisen nanoliitoksen valmistaminen on helppoa ja halpaa, mikä tekee kehitetystä materiaalista lupaavan sovellusten kannalta.

Nanoliitoksia käsittelevä artikkeli julkaistiin johtavassa nanotieteen yleisjulkaisusarjassa Small.

Artikkeli:

Metallic Contact between MoS2 and Ni via Au Nanoglue. Xinying Shi, Sergei Posysaev, Marko Huttula, Vladimir Pankratov, Joanna Hoszowska, Jean‐Claude Dousse, Faisal Zeeshan, Yuran Niu, Alexei Zakharov, Taohai Li, Olga Miroshnichenko, Meng Zhang, Xiao Wang, Zhongjia Huang, Sami Saukko, Diego López González, Sebastiaan van Dijken, Matti Alatalo, Wei Cao. Small Volume 14, Issue 22, article 1704526. https://doi.org/10.1002/smll.201704526

Tutkimuksen Oulun yliopistossa toteuttivat Wei Cao (vas.), Sami Saukko, Sergei Posysaev, Marko Huttula, Matti Alatalo ja Xinying Shi. Ryhmään kuuluivat myös Vladimir Pankratov ja Olga Miroshnichenko.

Pääkuva: Graafikon havainnollistama kuva molybdeenisulfidin ja metallin liitoksista.

 

 

 

Viimeksi päivitetty: 5.6.2018