科学家在进行研究时，通常会先精心选择研究课题，然后设计合适的解决方案并实施。但是，在这个过程中，可能会有意想不到的发现。据国外媒体报道，Mercouri Kanatzidis教授不仅是西北大学的教授，还在美国能源部阿贡国家实验室担任联合职务。当他在寻找一种具有非常规行为的新超导体时，他有了一个意想不到的发现。这种材料只有四个原子厚，只允许研究二维空间中带电粒子的运动。这些研究可能会促进各种能量转换装置新材料的发明。
二维超离子导体α-KAg3Se2的四层原子结构，原子颜色与图中名称颜色一致。(来源:阿贡实验室)
Kanatzidis的靶材料是银、钾、硒的混合物(α-KAg3Se2)，它有四层结构，就像一个结婚蛋糕。这些2D材料有长度和宽度，但几乎没有厚度，只有四个原子高。
当超导材料被冷却到极低的温度时，它们将失去对电子运动的所有阻力。Kanatzidis说:“令人失望的是，这种材料根本不是超导体，我们无法让它成为超导体。然而，令我非常惊讶的是，这竟然是一个超离子导体的奇妙例子。”
在超离子导体中，带电离子可以像在电池的液体电解质中一样在固体材料中自由漫游，因此固体具有异常高的离子电导率，这是电导率的一种度量。这种高离子传导率导致低导热率，也就是说热量不容易通过。这两个特性共同使超离子导体成为可用于能量储存和转换设备的超级材料。
研究小组发现这种材料具有特殊性能。第一个线索是，当它被加热到450-600华氏度时，它会转变成更对称的层状结构。研究人员还发现，当温度降低，然后升高到高温区时，这种转变是可逆的。Mercouri Kanatzidis说:“分析结果表明，银离子在转化前被固定在材料中有限的二维空间内。但是，改造之后，他们会左右摇摆。”虽然人们对离子在三维空间的运动了解很多，但对它们在二维空间的运动却知之甚少。
一段时间以来，科学家们一直在寻找一种演示材料来研究2D材料中的离子运动。这种层状钾银硒材料似乎就是其中之一。研究小组测量了这种固体中离子的扩散模式，发现它与重盐水电解质(已知最快的离子导体之一)相当。
现在判断这种特殊的超离子材料能否在实际中应用还为时过早。然而，这种材料将很快成为设计其他具有高离子电导率和低热导率的2D材料的关键平台。MSD首席材料科学家Duck Young Chung表示:“这些特性对于设计用于电池和燃料电池的新型二维固体电解质具有重要意义。”
对这种超离子材料的研究也可能有助于设计新的热电材料，可以在发电厂、工业过程甚至汽车尾气中将热能转化为电能。这些研究可用于设计用于环境净化和水脱盐的膜。科学家在进行研究时，通常会先精心选择研究课题，然后设计合适的解决方案并实施。但是，在这个过程中，可能会有意想不到的发现。据国外媒体报道，Mercouri Kanatzidis教授不仅是西北大学的教授，还在美国能源部阿贡国家实验室担任联合职务。当他在寻找一种具有非常规行为的新超导体时，他有了一个意想不到的发现。这种材料只有四个原子厚，只允许研究二维空间中带电粒子的运动。这些研究可能会促进各种能量转换装置新材料的发明。
二维超离子导体α-KAg3Se2的四层原子结构，原子颜色一致……th图中的名称颜色。(来源:阿贡实验室)
Kanatzidis的靶材料是银、钾、硒的混合物(α-KAg3Se2)，它有四层结构，就像一个结婚蛋糕。这些2D材料有长度和宽度，但几乎没有厚度，只有四个原子高。
当超导材料被冷却到极低的温度时，它们将失去对电子运动的所有阻力。Kanatzidis说:“令人失望的是，这种材料根本不是超导体，我们无法让它成为超导体。然而，令我非常惊讶的是，这竟然是一个超离子导体的奇妙例子。”
在超离子导体中，带电离子可以像在电池的液体电解质中一样在固体材料中自由漫游，因此固体具有异常高的离子电导率，这是电导率的一种度量。这种高离子传导率导致低导热率，也就是说热量不容易通过。这两个特性共同使超离子导体成为可用于能量储存和转换设备的超级材料。
研究小组发现这种材料具有特殊性能。第一个线索是，当它被加热到450-600华氏度时，它会转变成更对称的层状结构。研究人员还发现，当温度降低，然后升高到高温区时，这种转变是可逆的。Mercouri Kanatzidis说:“分析结果表明，银离子在转化前被固定在材料中有限的二维空间内。但是，改造之后，他们会左右摇摆。”虽然人们对离子在三维空间的运动了解很多，但对它们在二维空间的运动却知之甚少。
一段时间以来，科学家们一直在寻找一种演示材料来研究2D材料中的离子运动。这种层状钾银硒材料似乎就是其中之一。研究小组测量了这种固体中离子的扩散模式，发现它与重盐水电解质(已知最快的离子导体之一)相当。
现在判断这种特殊的超离子材料能否在实际中应用还为时过早。然而，这种材料将很快成为设计其他具有高离子电导率和低热导率的2D材料的关键平台。MSD首席材料科学家Duck Young Chung表示:“这些特性对于设计用于电池和燃料电池的新型二维固体电解质具有重要意义。”
对这种超离子材料的研究也可能有助于设计新的热电材料，可以在发电厂、工业过程甚至汽车尾气中将热能转化为电能。这些研究可用于设计用于环境净化和水脱盐的膜。
标签：发现
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