新型超導墨水生産的關鍵:二硫化鎢

二硫化鎢(Tungsten Disulfide,WS2)是由過渡金屬鎢與非金屬硫元素共同組合成的一種黑色粉末,具有良好的熱力學穩定性、導電性、催化活性和儲荷性能等特點,因而廣泛應用于儲能電池、石油化工、光電器件及醫學生物成像等領域。值得一提的是,近幾年隨著科學技術的發展,WS2材料也成爲了新型超導墨水生産的關鍵。

二硫化鎢圖片

世界上有許多專業墨水,如爲鋼筆製作的墨水,孩子們在玩自製的隱形墨水,以及最新研究出來的超導二維墨水。其中,超導墨水對于構建量子計算機電路是非常有用的,它的優點是比電綫更細(尤其是當油墨只有一個分子厚時),幷且可以應用于柔性表面。

二硫化鎢是一種典型的二維材料,是製造超導墨水的關鍵材料之一。據悉,爲了製造超導二維墨水,研究者采用了一種由二硫化鎢層和鉀層相交替製成的材料,即他們從二硫化鎢鉀(K0.5WS2)開始,與其他可能的離子固體相比,它在最終油墨中産生的缺陷要少得多;爲了去除鉀離子,將K0.5WS2浸入稀酸中幷進行超聲處理;將超聲處理與化學剝離相結合,保留了1T'結構;最後只剩下WS2的單層。

研究表明,利用這種方法生産的金屬墨水,在7.3K以下可變得超導,而且保存在時間長,在室溫的水中至少可以保存一個月。另外,這種WS2墨水還比其他超導墨水更穩定,製作工序更簡單,這預示著未來具有光明的應用前景,應用範圍從可穿戴電子産品到超級計算機。使用時,可以將單分子厚的WS2墨水層印刷到某些基材上,如矽-二氧化矽晶片和氧化銦錫塗層玻璃,以及柔性基材如有機矽彈性體。

二硫化鎢超導墨水的合成示意圖

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