超越「一次一個洞」：產生多個可調諧奈米孔的新方法

具有小於十億分之一公尺的原子級孔的奈米多孔膜具有強大的潛力，可用於淨化污水、從水中提取有價值的金屬離子或用於滲透發電機。

但這些令人興奮的應用在一定程度上受到了將單一亞奈米孔逐一隧道化的繁瑣過程的限制。

「如果我們要擴大二維材料膜的規模，使其適用於實驗室外的應用，『一個芝加哥大學普利茲克分子工程學院 (PME) 博士畢業生 Eli Hoenig 表示，「一次『方法』根本不可行。但是，即使在實驗室實驗的範圍內，奈米多孔膜也能提供比單一孔，增加靈敏度。

霍尼格是第一作者最近發表的一篇論文在自然通訊找到了解決這個長期存在的問題的新方法。在 PME 助理下。劉衝教授的團隊創造了一種新的孔隙生成方法，該方法可以建造具有故意弱點的材料，然後應用遠程電場一次性生成多個奈米級孔隙。

「我們的邏輯是，如果我們能夠預先設計材料的外觀並設計出是，那麼當我們進行孔隙生成時，磁場會發現那些薄弱點並首先開始在那裡鑽孔，」劉說。

弱點的強度

透過重疊幾層多晶二硫化鉬，研究團隊可以控制晶體相遇的位置。

「假設我有兩個完美的晶體。當兩個晶體結合在一起時，它們不會順利地粘在一起。有一個接口，它們開始相互連接，」劉說。 “這就是所謂的晶界。”

這意味著它們可以以顯著的控制水平“預先圖案化”晶界以及最終將在那裡形成的孔隙。

但透過這種技術可以微調的不僅僅是位置。孔隙的濃度甚至尺寸都可以事先確定。該團隊能夠將孔的尺寸從 4 奈米調整到小於 1 奈米。

這為水處理系統、燃料電池或任何其他應用的工程設計提供了靈活性。

「人們希望精確地創造和限制毛孔，但通常方法是有限的，一次只能創造一個毛孔，」劉說。 “這就是為什麼我們開發了一種創建高密度毛孔的方法，您仍然能夠控制每個毛孔的精度和大小。”

雖然該技術有多種用途，但霍尼格發現環境應用最令人興奮。其中包括處理水和提取有價值的材料，例如世界向再生能源過渡所需的電網規模電池所需的鋰。

「至少在基礎科學層面上，有針對性的水淨化和資源回收是同一枚硬幣的兩面，對我來說，兩者都非常重要，」霍尼格說。

劉說，這篇新論文是與以電池為重點的跨學科合作的智力分支。PME 教授雪莉孟和 PME 助理。楊碩龍教授的量子研究小組。三個實驗室跨越學術孤島開展工作，此前曾合作突破了長期存在的障礙在晶體上生長量子比特。

「我們的三個團隊正在努力開發精密合成技術，不僅針對一種材料，也不僅僅針對一種材料特性，」劉說。 “我們正在共同研究如何操縱材料的成分、結構和缺陷，以便能夠創建精確的缺陷和孔隙。”