Eksotisk ejendom bekræftet i naturmateriale kan føre til grundlæggende undersøgelser

Forskere har bekræftet eksistensen af ​​en naturligt forekommende eksotisk egenskab, hvor et materiale bliver tykkere, når det strækkes - det modsatte af de fleste materialer - en opdagelse, der kan føre til nye undersøgelser af den grundlæggende videnskab om nanomaterialers adfærd.

Det kontraintuitive fænomen, kaldet auxetisk adfærd, er blevet grundigt undersøgt i konstruerede strukturer, der har potentielle anvendelser inden for medicin, vævsteknik, kropsrustning og "forstærket panserforbedring".

Imidlertid, indtil nu er adfærden ikke blevet bekræftet i naturlige materialer, sagde Peide Ye, Purdue Universitets Richard J. og Mary Jo Schwartz Professor i elektrisk og computerteknik.

Den auxetiske adfærd blev opdaget i et materiale kaldet sort fosfor.

Fænomenet er styret af en grundlæggende mekanisk egenskab ved materialer kaldet Poisson's ratio, som kendetegner, hvordan et materiale opfører sig, når det strækkes. De fleste materialer, når de strækkes, bliver tyndere, og når de komprimeres bliver de tykkere, og de siges at have et positivt Poisson-forhold.

"Et negativt Poissons forhold er teoretisk muligt, men det har indtil nu ikke gjort det, med få undtagelser af menneskeskabte strukturer, blevet observeret eksperimentelt i alle naturlige materialer, " sagde du. "Her, vi viser, at det negative Poisson-forhold findes i naturmaterialet sort fosfor."

Resultaterne er beskrevet detaljeret i et forskningspapir, der udkom den 23. september i tidsskriftet Nano bogstaver .

"Indtil nu, der har været mangel på eksperimentelle beviser siden måling af intern deformation i auxetiske materialer, især på atomniveau, er ekstremt svært, " sagde du.

Forskere brugte en teknik kaldet Raman-spektroskopi til at dokumentere det negative Poisson-forhold i ekstremt tynde, individuelle lag af sort fosfor kaldet phosphoren. Forskningen var baseret på Birck Nanotechnology Center i Purdues Discovery Park.

Nano Letters papiret er forfattet af ph.d.-studerende Yuchen Du; tidligere postdoc-forsker Jesse Maassen; kandidatstuderende Wangran Wu og Zhe Luo; Xianfan Xu, James J. og Carol L. Shuttleworth professor i maskinteknik og professor i elektro- og computerteknik; og Ye. Du udførte de fleste eksperimenter. Maassen udførte det teoretiske arbejde kritisk for forskningen. Han er nu adjunkt i fysik ved Dalhousie University i Nova Scotia, Canada.

Forskerne fokuserede på materialets unikke rynkede krystalstruktur, hvor atomer er arrangeret i et bølget mønster. Ligesom silicium, materialet har et båndgab, et træk, der er afgørende for en halvlederes evne til at tænde og slukke i elektroniske kredsløb. Materialet har også en relativt høj "bærermobilitet", "hvilket betyder, at det er meget ledende og kan være nyttigt til teknologiske applikationer.

Fremtidig forskning vil omfatte arbejde med at undersøge, om det negative Poisson-forhold findes i andre såkaldte "todimensionelle" materialer, inklusive ekstremt tynde lag af grafit kaldet grafen.