Posted in | 消息 | 激光 | 纳米光学

飞秒激光脉冲在 MXenes 中产生可切换的纳米波

一种称为超快激光光谱的光谱技术可以在飞秒范围内的自然时间尺度上观察原子的运动,即十亿分之一秒的百万分之一。相比之下,电子显微镜提供了原子空间分辨率。

飞秒激光脉冲在 MXenes 中产生可切换的纳米波。
超快电子衍射揭示了 MXene 纳米片中的光可切换纳米波纹。图片来源:米哈伊尔·沃尔科夫。

由 Peter Baum 教授领导的研究小组在 康斯坦茨大学 将光子和电子结合在一台仪器中,以开发一些最快的电子显微镜,以在时间和空间的最终分辨率下全面了解材料及其动力学。

在他们最新发表的期刊中 ACS纳米来自 Baum 实验室的研究人员与苏黎世联邦理工学院的合作者一起采用这种方法来研究新材料——称为 MXenes 的二维分子定义片——并取得了令人惊讶的突破。激光脉冲可用于在平坦和波纹形状之间反复切换 MXene,从而揭示广泛的潜在应用。

MXenes:新型二维材料

MXenes 是二维的过渡金属氮化物或碳化物片,呈少原子厚的单层形式。

最近研究的第一作者 Mikhail Volkov 博士解释了 MXenes 的结构:MXenes 在一个空间维度上相当于一个分子,在其他两个维度上相当于一个扩展的固体。”合成 MXenes 的过程称为剥离,它涉及从前体材料上“剥离”薄层材料。

与大多数其他单层材料相比,使用可扩展且不可逆的化学剥离方法生产大量 MXenes 是可能的。通过选择合适的过渡金属来调整 MXenes 的物理和化学性质是可行的,从而导致 MXenes 在能量存储、传感、抗菌作用和光收集方面的广泛应用。

由快光形成的 MXenes 中的纳米波

作为他们研究的一部分,康斯坦茨大学的主要研究人员 Mikhail Volkov 博士和苏黎世联邦理工学院的 Elena Willinger 博士设计了一种新方法,通过向 MXenes 照射快速光脉冲来改善 MXenes 的特性。

研究人员使用超快电子显微镜和原子空间分辨率来记录 MXenes 与飞秒激光脉冲相互作用的电影。这表明激光能量在仅 230 fs 的破纪录时间内转移到原子晶格。

令人惊讶的是,研究人员还发现,飞秒激光可用于在 MXene 原本平坦的表面结构和材料的纳米波形式之间来回切换——呈现出丘陵和山谷的“纳米景观”与激光波长相比,周期细 50 倍以上。

We 可以控制纳米波s 激光偏振方向, 这意味着该材料具有纳米级的光学记忆. 而且, 如果激光再次来袭, 纳米波 MXene 变回平面并在照明期间保持平坦。

Mikhail Volkov 博士,研究第一作者,康斯坦茨大学

纳米波的极小尺寸和快速的晶格反应也相当令人惊讶,很可能涉及一种称为等离子体声子耦合的现象,”沃尔科夫补充道。

纳米波提升材料性能

波浪形式的纳米结构也增加了材料的表面积与体积比, 使它们在化学上更具反应性。此外, 它增强了局部电磁场, 改善与光的耦合——传感应用的宝贵特性.

Mikhail Volkov 博士,研究第一作者,康斯坦茨大学

因此,研究人员预测发现的纳米波 MXenes 将表现出更高的储能能力和更好的抗生素或催化活性。

最后,在平面和波浪之间切换 MXenes 结构的可能性 一经请求 通过激光脉冲开辟了在活性等离子体中使用材料的有趣方法, 化学和电气设备.

Mikhail Volkov 博士,研究第一作者,康斯坦茨大学

期刊参考:

沃尔科夫,M., . (2021) 钛中的光可切换纳米波纹3C2Tx MXene。 ACS纳米. doi.org/10.1021/acsnano.1c03635.

来源: //www.uni-konstanz.de/en/

告诉我们你的想法

您是否有评论、更新或要添加到此新闻报道中的任何内容?

留下您的反馈
提交