Ny teknik måler nøjagtigt, hvordan 2D-materialer udvider sig, når de opvarmes

Et team af forskere fra National Institute of Standards and Technology (NIST) og University of Maryland, College Park har udviklet en ny teknik til nøjagtigt at måle, hvordan todimensionelle (2D) materialer udvider sig, når de opvarmes. Denne nye teknik, kaldet "nano-Raman termo-ekspansionsmikroskopet," er baseret på Raman-spektroskopi, en ikke-destruktiv teknik, der kan give information om materialers molekylære struktur og egenskaber.

2D-materialer er en klasse af materialer, der er et atom tykke og har tiltrukket sig betydelig interesse på grund af deres unikke egenskaber og potentielle anvendelser inden for elektronik, optoelektronik og energilagring. En af udfordringerne ved 2D-materialer er dog, at de ofte er meget følsomme over for temperaturændringer, og deres egenskaber kan ændre sig markant ved opvarmning.

Evnen til nøjagtigt at måle den termiske udvidelse af 2D-materialer er vigtig for at forstå deres adfærd under forskellige temperaturforhold og for at designe enheder, der inkorporerer disse materialer. Den nye teknik udviklet af forskere fra NIST og University of Maryland giver en måde at måle den termiske udvidelse af 2D-materialer med høj præcision og rumlig opløsning.

Nano-Raman termo-ekspansionsmikroskopet virker ved at fokusere en laserstråle på en 2D materialeprøve og måle skiftet i Raman-spektret, når prøven opvarmes. Skiftet i Raman-spektret er relateret til udvidelsen af ​​materialet og kan bruges til at beregne den termiske udvidelseskoefficient.

Forskerne brugte nano-Raman termo-ekspansionsmikroskopet til at måle den termiske udvidelse af flere 2D-materialer, herunder grafen, molybdændisulfid og wolframdisulfid. De fandt ud af, at de termiske udvidelseskoefficienter for disse materialer er væsentligt højere end for bulkmaterialer. Dette skyldes, at 2D-materialer har en lavere tæthed og svagere interatomiske bindinger, hvilket gør dem mere modtagelige for termisk ekspansion.

Den nye teknik udviklet af forskere fra NIST og University of Maryland giver et værdifuldt værktøj til at studere de termiske egenskaber af 2D-materialer. Disse oplysninger er vigtige for at forstå disse materialers opførsel under forskellige temperaturforhold og for at designe enheder, der inkorporerer disse materialer.