Afsløring af mekanismen til scotch-tape teknik

Den enkleste mekaniske spaltningsteknik ved hjælp af et primitivt "Scotch"-bånd har resulteret i den Nobel-belønnede opdagelse af grafener og er i øjeblikket under verdensomspændende brug til samling af grafener og andre todimensionelle (2D) grafenlignende strukturer mod deres anvendelse i nye høj- ydeevne nanoelektroniske enheder.

Enkelheden af ​​denne metode har sat gang i en blomstrende forskning i 2D-materialer. Imidlertid, de atomistiske processer bag den mikromekaniske spaltning er stadig dårligt forstået.

Et samlet team af eksperimentelister og teoretikere fra International Center for Young Scientists, International Center for Materials Nanoarchitectonics and Surface Physics and Structure Unit of the National Institute for Materials Science, National University of Science and Technology "MISiS" (Moskva, Rusland), Rice University (USA) og University of Jyväskylä (Finland) ledet af Daiming Tang og Dmitri Golberg lykkedes for første gang med fuldstændig forståelse af fysik, kinetik og energi bag den betragtede "Scotch-tape" teknik, der bruger molybdændisulfid (MoS2) atomlag som modelmateriale.

Forskerne udviklede en direkte in situ sonderingsteknik i et højopløsningstransmissionselektronmikroskop (HRTEM) for at undersøge de mekaniske spaltningsprocesser og tilhørende mekanisk adfærd. Ved præcist at manipulere en ultraskarp metalsonde til at kontakte de allerede eksisterende krystallinske trin i MoS ₂ enkelt krystaller, atomisk tynde flager blev skrællet af, selektivt lige fra en enkelt, dobbelt til mere end 20 atomlag. Holdet fandt ud af, at den mekaniske adfærd er stærkt afhængig af antallet af lag. Kombination af in situ HRTEM og molekylær dynamik-simuleringer afslører en transformation af bøjningsadfærd fra spontan krusning ( <5 atomlag) til homogen krumning (~ 10 lag), og til sidst til kinking (20 eller flere lag).

Ved at overveje kraftbalancen nær kontaktpunktet, den specifikke overfladeenergi af en MoS ₂ monoatomisk lag blev beregnet til at være ~0,11 N/m. Det er første gang, at denne fundamentalt vigtige egenskab er blevet direkte målt.

Efter indledende isolering fra moderkrystallen, MoS ₂ monolag kunne let stables på overfladen af ​​krystallen, demonstrerer muligheden for van der Waals epitaksi. MoS ₂ atomlag kunne bøjes til ultimative små radier (1,3 ~ 3,0 nm) reversibelt uden brud. En sådan ultra-reversibilitet og ekstrem fleksibilitet beviser, at de kunne være mekanisk robuste kandidater til de avancerede fleksible elektroniske enheder selv under ekstreme foldningsforhold.