顆粒在線訊：計(jì)劃外的發(fā)現(xiàn)可能會(huì)在電池、燃料電池、將熱能轉(zhuǎn)化為電能的裝置等領(lǐng)域有新的關(guān)鍵性突破。在尋找一種具有非常規(guī)行為的新超導(dǎo)體時(shí)，由西北大學(xué)教授 Mercouri Kanatzidis 聯(lián)合美國(guó)能源部（DOE）阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開展的項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)了只有四個(gè)原子厚的新材料。

他們?cè)陧?xiàng)目中發(fā)現(xiàn)的這種新材料可以在只有兩個(gè)維度上研究帶電粒子的運(yùn)動(dòng)。這樣的研究可以刺激用于各種能源轉(zhuǎn)換裝置的新材料的發(fā)明。Mercouri Kanatzidis 表示：“我們的分析結(jié)果顯示，在這一轉(zhuǎn)變之前，銀離子被固定在我們材料的兩個(gè)維度內(nèi)的密閉空間里，但在這一轉(zhuǎn)變之后，它們四處擺動(dòng)”。

Kanatzidis 的目標(biāo)材料是一種銀、鉀和硒（a-Ag3Se2）的組合，其四層結(jié)構(gòu)像一個(gè)婚禮蛋糕。這些二維材料有長(zhǎng)度和寬度，但幾乎沒有厚度，只有四個(gè)原子高。

Kanatzidis 表示：“超導(dǎo)材料在冷卻到非常低的溫度時(shí)失去了對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的所有阻力。令我失望的是，這種材料根本不是超導(dǎo)體，我們無法使其成為超導(dǎo)體，但令我驚訝的是，它竟然是一個(gè)神奇的超離子導(dǎo)體的例子”。

在超離子導(dǎo)體中，固體材料中的帶電離子與電池中的液體電解質(zhì)一樣自由游動(dòng)。這導(dǎo)致一種固體具有異常高的離子導(dǎo)電性，這是衡量導(dǎo)電能力的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。這種高離子傳導(dǎo)性帶來了低熱傳導(dǎo)性，意味著熱量不容易通過。這兩種特性使超離子導(dǎo)體成為能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換設(shè)備的超級(jí)材料。

該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一種具有特殊性質(zhì)的材料的第一個(gè)線索是當(dāng)他們把它加熱到華氏 450 至 600 度之間時(shí)。它過渡到一個(gè)更加對(duì)稱的分層結(jié)構(gòu)。該小組還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們降低溫度，然后再次提高溫度進(jìn)入高溫區(qū)時(shí)，這種過渡是可逆的。

科學(xué)家們已經(jīng)尋找了一段時(shí)間，以找到一種典范的材料來研究二維材料中的離子運(yùn)動(dòng)。這種分層的鉀-銀-硒材料似乎就是一個(gè)。研究小組測(cè)量了離子在這種固體中的擴(kuò)散情況，發(fā)現(xiàn)它相當(dāng)于重鹽水電解質(zhì)的擴(kuò)散情況，是已知最快的離子導(dǎo)體之一。

MSD 的首席材料科學(xué)家 Duck Young Chung 說：“這些特性對(duì)于那些為電池和燃料電池設(shè)計(jì)新的二維固體電解質(zhì)的人非常重要”。對(duì)這種超離子材料的研究也可能有助于設(shè)計(jì)新的熱電材料，將發(fā)電廠、工業(yè)過程甚至汽車排放的廢氣中的熱量轉(zhuǎn)換成電能。而且這種研究可用于設(shè)計(jì)環(huán)境凈化和水脫鹽的膜。