Pequeno, Individual, fitas flexíveis de fósforo cristalino foram feitas por pesquisadores da UCL em uma inovação mundial, e eles poderiam revolucionar a eletrônica e a tecnologia de bateria de carregamento rápido.

Desde o isolamento do fosforeno bidimensional, que é o fósforo equivalente ao grafeno, em 2014, mais de 100 estudos teóricos previram que novas e excitantes propriedades poderiam surgir ao se produzir "fitas" estreitas desse material. Essas propriedades podem ser extremamente valiosas para uma variedade de indústrias.

Em um estudo publicado hoje em Natureza , pesquisadores da UCL, a Universidade de Bristol, Virginia Commonwealth and University e École Polytechnique Fédérale de Lausanne, descrevem como eles formaram quantidades de fitas de fosforeno de alta qualidade a partir de cristais de fósforo preto e íons de lítio.

"É a primeira vez que nanofitas de fosforeno individuais foram feitas. Propriedades emocionantes foram previstas e as aplicações em que as nanofitas de fosforeno poderiam desempenhar um papel transformador são de amplo alcance, "disse o autor do estudo, Dr. Chris Howard (UCL Física e Astronomia).

As fitas se formam com uma altura típica de uma camada atômica, larguras de 4-50 nm e até 75 μm de comprimento. Essa proporção é comparável à dos cabos que abrangem as duas torres da Golden Gate Bridge.

"Usando métodos avançados de imagem, caracterizamos as fitas em grande detalhe, descobrindo que são extremamente planas, cristalino e excepcionalmente flexível. A maioria tem apenas uma única camada de átomos de espessura, mas onde a fita é formada por mais de uma camada de fosforeno, encontramos etapas contínuas entre 1-2-3-4 camadas onde a faixa de opções se divide. Isso não foi visto antes e cada camada deve ter propriedades eletrônicas distintas, "explicou o primeiro autor, Mitch Watts (UCL Física e Astronomia).

Embora as nanofitas tenham sido feitas de vários materiais, como o grafeno, as nanofitas de fosforeno produzidas aqui têm uma gama maior de larguras, alturas, comprimentos e proporções de aspecto. Além disso, eles podem ser produzidos em escala em um líquido que pode então ser usado para aplicá-los em volume a baixo custo para aplicações.

A equipe diz que as áreas de aplicação previstas incluem baterias, células solares, dispositivos termoelétricos para converter calor residual em eletricidade, fotocatálise, nanoeletrônica e em computação quântica. O que mais, o surgimento de efeitos exóticos, incluindo novo magnetismo, ondas de densidade de spin e estados topológicos também foram previstos.

As nanofitas são formadas pela mistura de fósforo preto com íons de lítio dissolvidos em amônia líquida a -50 graus C. Após vinte e quatro horas, a amônia é removida e substituída por um solvente orgânico que forma uma solução de nanofitas de tamanhos mistos.

"Estávamos tentando fazer folhas de fosforeno, então ficamos muito surpresos ao descobrir que tínhamos feito fitas. Para que as nanofitas tenham propriedades bem definidas, suas larguras devem ser uniformes ao longo de todo o comprimento, e descobrimos que esse era exatamente o caso de nossas fitas, "disse o Dr. Howard.

"Ao mesmo tempo em que descobri as fitas, nossas próprias ferramentas para caracterizar suas morfologias estavam evoluindo rapidamente. O microscópio de força atômica de alta velocidade que construímos na Universidade de Bristol tem os recursos exclusivos para mapear as características em nanoescala das fitas em seus comprimentos macroscópicos, "explicou o co-autor Dr. Loren Picco (VCU Physics).

"Também poderíamos avaliar a gama de comprimentos, larguras e espessuras produzidas em grande detalhe pela imagem de muitas centenas de fitas em grandes áreas. "

Enquanto continua a estudar as propriedades fundamentais das nanofitas, a equipe pretende também explorar seu uso no armazenamento de energia, transporte eletrônico e dispositivos termoelétricos por meio de novas colaborações globais e trabalhando com equipes de especialistas em toda a UCL.