ארוך ביקש לאחר צורה של ניטריד מעוקב, טיטניום מוליך למחצה מסונתז

Anonim

צוות של מדענים ניסיוניים וחישובים בהנהגתו של טים סטרובל, טים סטרובל ו - Venkata Bhadram של קרנגי, סינתזה צורה ארוכה של טיטניום ניטריד, Ti 3 N 4, בעל תכונות מכניות ואופטו-אלקטרוניות מבטיחות.

תקן טיטניום ניטריד (TiN), עם יחס של אחד לאחד של טיטניום וחנקן, מציג מבנה גבישי הדומה לזה של מלח נתרן מלח כלור, או NaCl. זהו מתכת עם תכונות שוחקים ולכן משמש ציפויים כלי ייצור של אלקטרודות. טיטניום ניטריד עם יחס של שלושה עד ארבעה של טיטניום וחנקן, הנקרא ניטריד טיטניק, נשאר חמקמק, למרות תחזיות תיאורטיות קודמות על קיומה ואת העובדה כי ניטרידים עם יחס זה זוהו עבור שאר חברי קבוצת טיטניום על כולל זירקוניום.

צוותו של סטרובל ובהדראם - האניו ליו של קרנגי, ורוסטטייב הרוביאק, וכן ויטלי ב. פראקאפנקה מאוניברסיטת שיקגו, אנשי שו וטיאנשו לי מאוניברסיטת ג'ורג' וושינגטון, וסטפן לני מהמחלקה הלאומית לאנרגיה מתחדשת - העלו את האתגר. עבודתם מתפרסמת ומודגשת כהצעה של עורך בחומרי ביקורת פיסיקאליים.

הם יצרו Ti 3 N 4 בשלב גבישי מעוקב באמצעות תא יהלום מחומם לייזר, אשר הובא על 740, 000 פעמים לחץ אטמוספירי רגיל (74 gigapascals) ו כ 2, 200 מעלות צלזיוס (2, 500 קלווין). צילומי רנטגן מתקדמים וכלים ספקטרוסקופיים אישרו את המבנה הגבישי שהקבוצה יצרה בתנאים אלו, וחישובים מבוססי מודל תיאורטיים אפשרו להם לחזות את הטבע התרמודינמי ואת התכונות הפיזיות של Ti 3 N 4.

שולחן מלח כמו TiN הוא מתכתי, מה שאומר שהוא יכול לנהל זרימה של אלקטרונים המרכיבים הנוכחי. אבל מעוקב Ti 3 N 4 הוא מוליך למחצה, כלומר, זה יכול להיות המוליכות החשמלית שלה מופעלת לסירוגין. אפשרות זו שימושית מאוד במכשירים אלקטרוניים. טיטניום מבוססי מוליכים למחצה הם פופולריים במיוחד כמו זרזים עבור מים פיצול תגובות מים לייצר מימן, מקור אנרגיה מתחדשת נקי.

יכולת זו כדי לעבור על המוליכות לסירוגין אפשרי כי כמה אלקטרונים של מוליכים למחצה יכולים לנוע ממצב בידוד נמוך יותר אנרגיה גבוהה יותר אנרגיה ניצוח מדינות כאשר נתון קלט של אנרגיה. האנרגיה הדרושה ליזום קפיצה זו נקראת פער הלהקה. הפער הלהקה עבור מעוקב Ti3N4 גדול מהצפוי על סמך תחזיות המודל הקודם. יתר על כן, כמו מתכת מתכתי, Ti 3 N 4 צפוי להציג תכונות מכניות מעולה ללבוש התנגדות.

"למיטב ידיעתנו זהו הדו"ח הניסויי הראשון על ניטריד מוליך למחצה טיטניום", אמר המחבר להוביל Bhadram. "אנו מאמינים כי עבודה זו תעודד ניסיונות ניסיוניים נוספים תיאורטית לעצב דרכים חדשות להגביר את הסינתזה של Ti 3 N 4 בלחץ הסביבה."

menu
menu