Grafēns veido spontānus modeļus

"Wonder material" veido grumbas, nogatavojas un ruļļos siltuma ietekmē

Sākot ar caurumu, šī salocīto grafēna sloksņu trīsstaru zvaigzne veido pati sevi © Džeimss Annetts
lasīt skaļi

It kā ar maģijas palīdzību: brīnummateriāls grafēns karstuma ietekmē attīsta taisnīgu un nepatīkamu darbību. Pats par sevi divdimensiju oglekļa tīklā veidojas tikai grumbas un plaisas, tad pēkšņi mala aplocās un lēnām rāpo uz priekšu. Šo neparasto pašorganizāciju varētu izmantot mērķtiecīgu nanostruktūru radīšanai, žurnālistiem “Daba” saka pētnieki.

Grafēns tiek uzskatīts par materiālu ar gandrīz brīnišķīgām īpašībām. Tā kā oglekļa atomu atomu-oglekļa tīkls ir grūtāks nekā tērauds un tomēr elastīgs, tas gandrīz pilnīgi zaudē elektronus un tāpēc to var izmantot kā celtniecības materiālu īpaši plāniem displejiem, kvantu datoru nolasīšanas galviņām un daudzām citām vajadzībām.

Negaidīta plaisa

Džeimss Annetts un viņa kolēģi Trinity koledžā, Dublinā, tagad ir atklājuši vēl vienu neparastu grafēna īpašību: tas spēj pašorganizēties un mainīt formas neparedzētos veidos. Tas parādījās, kad pētnieki uzsildīja vienu grafēna slāni uz sildvirsmas līdz 150 grādiem un pēc tam atstāja to dienām.

Kad zinātnieki atskatījās pēc 13 dienām, grafiks it kā maģiski mainījās uz pārsteigumu: plakana, nebojāta slāņa vietā tā vidū tagad atradās piecu mikronu plats plaisa. No tā grafēna sloksne bija kļuvusi vaļīga un veidoja sava veida atloku vai aploksni.

Formas maiņa - pati par sevi

Kā tas tika izskaidrots? "Iepriekšējie pētījumi parādīja, ka grafēna termiskā aktivitāte var radīt lokālas grumbas, " ziņo Annetts un viņa kolēģi. Bet acīmredzot šeit notika daudz vairāk. Lai izpētītu šīs formas izmaiņas, kas agrāk nebija zināmas grafēnam, pētnieki tagad veica īpašu eksperimentu - šoreiz pastāvīgi novērojot notikumus ar atomu spēka mikroskopa palīdzību. displejs

Laika fotografēšana ar atomu spēka mikroskopu parāda pašorganizācijas gaitu. Džeimss Annetts

Lai panāktu atšķirību, Annetts un viņa kolēģi grafēna slānī caurumoja nelielu niecīgu trīsstūrveida caurumu un vēroja notikušo. Un tiešām: grafēns izvērsās pats savdabīgs dzīvesveids gan istabas temperatūrā, gan karstumā. "Mūsu eksperimenti rāda, ka termiskā aktivizēšana var izraisīt spontānu grafēna slīdēšanu, nogatavošanos un ablāciju, " ziņo pētnieki.

Ložņāt, saplēst, slīdēt

Mikroskopa attēli atklāja, ka grafēna strēmeles lēnām saritinājās no caurumotās cauruma malām un slīdēja pa apkārtni. Tādā veidā sava veida trīsstūraina zvaigzne laika gaitā izveidojās pati. Parasti šīs aploksnes veidojas taisnā leņķī pret esošo plaisu vai malu.

"Sloksnes saplēš spoguļa simetriskus, taisnus asaru ceļus grafēnā, katra no tām sešu grādu leņķī kļūst nedaudz šaurāka, " ziņo pētnieki. “Dažas no šīm sloksnēm bija līdz pieciem mikroniem garas.” Jo siltāka bija vide, jo ātrāk un izteiktāk notika plaisāšana un salocīšana.

Grafēna dīvainās izturēšanās dzinējspēks ir tiekšanās pēc enerģētiski labvēlīgāka stāvokļa. Domhnall Malone

Termodinamika kā piedziņa

Lai noskaidrotu, kāpēc grafiks šādi rīkojas, pētnieki rekonstruēja fenomenu fizikālā modelī. Rezultāti parādīja, ka ganīšana un ložņošanās ir izskaidrojama ar grafēna tendenci uzņemties energoefektīvāku trīsdimensiju stāvokli. Vienslāņa oglekļa siets pārlocās, lai kļūtu divslāņains, un salocītā sloksne aug un pēc tam pārmeklē, līdz tā sasniedz līdzsvaru.

Pēc Annetta un viņa kolēģu domām, šī jaunatklātā grafēna uzvedība nanotehnoloģijās varētu tikt pielietota praktiski. "Šī slīdēšana un locīšana varētu dot iespēju pašorganizēt jaunas divdimensiju materiāla struktūras un lietojumus, " saka pētnieki. Tā vietā, lai izmantotu nanolitogrāfiju, vēlamos modeļus var vienkārši radīt pats pats ievadošais nano-origami. (Daba, 2016; doi: 10.1038 / nature18304)

(Daba, 14.07.2016. - NPO)