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[发布时间：2022-05-12 浏览次数：797]
研究人员在寻找一种具有非常规行为的新型超导体时，意外地发现了一种只有四个原子厚的材料，可以用来研究带电粒子在二维空间中的运动。
在Nature Materials期刊上发表的一篇论文中，美国西北大学/阿贡国家实验室团队针对这一发现解释说，这种研究可能会刺激各种能量转换装置新材料的发明。
最初的目标材料是像蛋糕一样四层结构的银、钾和硒（α-KAg3Se2）的组合。这些二维材料有长度和宽度，但只有四个原子高时几乎没有厚度。
该研究的共同通讯作者MercouriKanatzidis解释说，“超导材料在冷却到极低温度时，会失去对电子运动的所有阻力。令我非常失望的是，这种材料根本不是超导体，我们也无法将其制成超导体。但令我非常惊讶的是，它被证明是一个极好的超离子导体的例子。”
在超离子导体中，固体材料中的带电离子像电池中的液体电解质一样自由移动。这导致固体具有异常高的离子电导率，这是导电能力的量度。这种高离子电导率带来了低导热率，意味着热量不容易通过。这两种特性使得超离子导体成为能量存储和转换器件的超级材料。
线索
Kanatzidis及其团队发现一种具有特殊性质的材料的第一个线索是，当他们将材料加热到450℉到600℉时，它转变成一个更加对称的分层结构。研究团队还发现，当他们降低温度之后再次将其提升到高温区时，这种转变是可逆的。
Kanatzidis表示，“我们的分析结果表明，在这一转变之前，银离子被固定在我们材料二维空间内的受限空间中。但在这一转变之后，它们向四周摆动。虽然我们对离子如何在三维空间中运动了解甚多，但对它们如何在二维空间中运动知之甚少。”
科学家们已经花费了一段时间来寻找一种典型的材料来研究二维材料中的离子运动。在Kanatzidis看来，这种层状钾-银-硒材料似乎是一种正在寻找的材料。
研究团队测量了离子在这种固体中的扩散情况，发现它相当于一种浓盐水电解质，这是已知最快的离子导体之一。
虽然现在判断这种特殊的超离子材料是否能找到实际应用还为时过早，但它可以立即成为设计其他具有高离子电导率和低导热率的二维材料的重要平台。这些特性对于为电池和燃料电池设计新型二维固体电解质非常重要。
对这种超离子导体材料的研究也有助于设计新型热电装置，在电厂、工业过程甚至汽车排放的废气中将热能转化为电能。
标签：美国西北大学阿公国家实验室NatureMaterials超离子导体二维材料
