Teoretikere viser, at miljøer kan ændre 2-D materialer grundlæggende egenskaber

Hvad hvis jordnødden er sprød, under visse betingelser, opført sig som taffy? Sådan noget sker med et todimensionalt dichalcogenid analyseret af forskere ved Rice University.

Risforskere beregnede, at atom tynde lag molybdendisulfid kan indtage plastens kvaliteter ved udsættelse for en svovlinfunderet gas ved den rigtige temperatur og tryk.

Det betyder, at man kan deformere det uden at bryde det-en egenskab, mange materialeforskere, der studerer todimensionelle materialer, burde finde interessante, ifølge Rice -teoretiske fysiker Boris Yakobson og postdoktorforsker Xiaolong Zou; de ledede undersøgelsen, der optrådte i American Chemical Society journal Nano bogstaver .

Molybdendisulfid, undersøgelsesobjektet i mange laboratorier for dets halvledende egenskaber, interesserede Rice -laboratoriet på grund af egenskaberne ved dets korngrænser. To-dimensionelle materialer som grafen er faktisk flade, atom-tykke plader. Men 2-D molybdendisulfid er en sandwich, med lag af svovl over og under molybdænatomerne.

Når to plader går sammen i forskellige vinkler under vækst i en ovn, atomer ved grænserne skal kompensere ved at improvisere "defekte" arrangementer, kaldes dislokationer, hvor de kommer sammen.

Forskerne fastslog, at det kan være muligt at fremme bevægelsen af ​​disse dislokationer gennem miljøkontrol af gasmediet. Dette ville ændre materialets egenskaber for at give det superplasticitet, som gør det muligt at deformere ud over sit sædvanlige bristepunkt.

Plastmaterialer kan omarrangeres og vil beholde deres nye form. For eksempel, en blikkenslager kan bøje et metalrør; den bøjelige kvalitet er plasticitet. Yakobson bemærkede, at sådanne materialer kan blive sprøde igen med yderligere ændringer i miljøet.

"Generelt, koblingen mellem kemi og mekanik er ret sjælden og videnskabeligt vanskelig at forstå, "sagde Yakobson, hvis gruppe hos Rice analyserer materialer ved at beregne de energier, der binder deres atomer. "Korrosion er det bedste eksempel på, hvordan kemi påvirker mekanisk adfærd, og videnskaben om korrosion er stadig under udvikling. "

For molybdendisulfid, de fandt to mekanismer, ved hvilke grænser kunne overvinde aktiveringsenergibarrierer og føre til superplasticitet. Først og fremmest, kaldes direkte rebonding, kun et molybdænatom i en dislokation ville skifte som reaktion på ydre kræfter. I det andet, bindingsrotation, flere atomer ville skifte i modsatte retninger.

De beregnede, at barrieren for direkte rebonding, mens det er mindre dramatisk, er meget lavere end ved bindingsrotation. "Gennem rebondingstien, mobiliteten af ​​denne defekt ændres med flere størrelsesordener, "Sagde Yakobson." Vi ved fra materialemekanikken, at sprøde eller seje kvaliteter er defineret af disse dislokationers mobilitet. Det vi viser er, at vi kan påvirke den materielle ejendom, strækbarheden, af materialet. "

Yakobson foreslog, at det kan være muligt at justere plasticiteten af ​​dichalcogenider generelt, og at det også kan være muligt at fjerne defekterne fra et 2-D dichalcogenid-ark ved at behandle dislokationerne "for at give dem mulighed for hurtigt at diffundere væk og forsvinde eller danne interessante aggregerede stater. " Det ville sandsynligvis åbne vejen for lettere fremstilling af dichalcogenider, der har brug for særlige elektriske eller mekaniske egenskaber til applikationer, han sagde.

"Vi tænker på disse todimensionale materialer som et åbent lærred, teoretisk set, "sagde han." Du kan meget hurtigt læse og skrive ændringer til dem. Bulk materialer har ikke denne åbenhed, men her, hvert atom er i umiddelbar nærhed af miljøet. "