Op het grensvlak van water en lucht kun je prachtige 2D-materialen kweken. Met zeepmoleculen als sjabloon, viel onlangs te lezen in Nature Communications.

Het voordeel is uiteraard dat je 2D-lagen met een behoorlijk groot oppervlak kunt kweken en dat je ze niet meer van een vaste ondergrond hoeft af te pellen, wat bij vrijwel alle eerdere kweekmethodes wél moest.

Fei Wang, Xudong Wang en collega’s van de universiteit van Wisconsin-Madison demonstreerden het met zinkoxide. Eerst kweekten ze op het oppervlak een laagje oleylsulfaat van één anion dik. In het water daar onder losten ze zinknitraat en hexamethyleentetramine op, een combinatie waarvan je mag verwachten dat ze tot de vorming van zinkoxidekristallen leidt.

De oleylsulfaatlaag is negatief geladen en trekt daardoor zinkionen aan. Vlak onder de laag krijg je daardoor oververzadiging, zodat bijna alle ZnO dáár neerslaat. Volgens de auteurs is de laag in eerste instantie amorf, maar gaat ze gaandeweg in een kristallijne vorm over.

Vervang je oleylsulfaat door een ander detergent, zoals stearinezuur, dan blijft het zinkoxide amorf. Kennelijk dient de oleylsulfaatlaag als een soort kiem. De natuurlijke afstanden tussen de oleylsulfaationen stemmen echter niet overeen met die in een zinkoxidekristal, dus er zou een wederzijdse beïnvloeding achter moeten zitten die bekend staat als ‘adaptive ionic layer epitaxy’ (AILE).

De onderzoekers vermoeden dat je op dezelfde manier heel veel andere 2D lagen moet kunnen kweken, mits je er een passend zeep-anion bij weet te vinden. Het is ze al een beetje gelukt met nikkeloxide en met goud.

bron: University of Wisconsin-Madison, Nature Communications