Magic twist -vinkler på grafenark identificeret

Grafen er 200 gange stærkere end stål og kan være op til seks gange lettere. Disse egenskaber alene gør det til et populært materiale i fremstillingen. Forskere ved University of Illinois i Urbana-Champaign afslørede for nylig flere egenskaber ved grafenplader, der kan gavne industrien.

Doktorand Soumendu Bagchi, sammen med sin rådgiver Huck Beng Chew i Department of Aerospace Engineering i samarbejde med Harley Johnson fra Mechanical Sciences and Engineering identificerede, hvordan snoede grafenplader opfører sig og deres stabilitet ved forskellige størrelser og temperaturer.

"Vi koncentrerede os om to grafenplader stablet oven på hinanden, men med en vridningsvinkel, "sagde Bagchi." Vi lavede atomistiske simuleringer ved forskellige temperaturer for forskellige størrelser af grafenark. Ved hjælp af indsigt fra disse simuleringer, vi udviklede en analysemodel - du kan tilslutte enhver arkstørrelse, enhver vridningsvinkel, og modellen vil forudsige antallet af lokale stabile tilstande, den har, samt den kritiske temperatur, der kræves for at nå hver af disse stater. "

Bagchi forklarede, at to-lags grafen eksisterer i en untwisted Bernal-stablet konfiguration, som også er den gentagne stablingssekvens af krystallinsk hexagonal grafit. Når to -lags grafen er snoet, den vil afvikle tilbage til sin oprindelige tilstand, fordi det er den mest stabile tilstand og placering af atomerne.

"Når den snoede atomstruktur opvarmes, den har en tendens til at rotere tilbage, men der er visse magiske vridningsvinkler, hvor strukturen forbliver stabil under en bestemt temperatur. Og, der er også en størrelsesafhængighed. Det spændende ved vores arbejde er, afhængigt af grafenarkets størrelse, vi kan forudsige, hvor mange stabile tilstande du vil have, de magiske vridningsvinkler ved disse stabile tilstande, samt temperaturområdet, der kræves for snoet grafen til overgang fra en stabil tilstand til en anden, "Sagde Bagchi.

Ifølge Chew, producenter har forsøgt at lave grafentransistorer, og snoede grafen -dobbeltlag er kendt for at udvise spændende elektroniske egenskaber. Ved fremstilling af disse grafentransistorer, Det er vigtigt at vide, hvilken temperatur der vil ophidse materialet for at opnå en vis rotation eller mekanisk reaktion.

"De har vidst, at et grafenark har visse elektroniske egenskaber, og tilføjelse af et andet ark i en vinkel giver nye unikke egenskaber. Men et enkelt atomark er ikke let at manipulere. Grundlæggende, denne undersøgelse besvarer spørgsmål om, hvordan snoede grafenplader opfører sig under termisk belastning, og giver indsigt i selvjusteringsmekanismerne og kræfterne på atomniveau. Dette kan potentielt bane vejen for producenter for at opnå fin kontrol over vridningsvinklen på 2-D-materialestrukturer. De kan direkte tilslutte parametre til modellen for at forstå de nødvendige betingelser, der kræves for at opnå en bestemt snoet tilstand. "

Bagchi sagde, at ingen har undersøgt 2-D egenskaber ved materialer som dette. Det er en meget grundlæggende undersøgelse, og et, der begyndte som et andet projekt, da han stødte på noget usædvanligt.

"Han bemærkede, at grafenarkene viste en vis temperaturafhængighed, "Tyg sagde." Vi spekulerede på, hvorfor det opførte sig sådan - ikke som et normalt materiale.

"I normale materialer, grænsefladen er typisk meget stærk. Med grafen, grænsefladen er meget svag, så lagene kan glide og rotere. At observere denne interessante temperaturafhængighed var ikke planlagt. Dette er det skønne ved at opdage i videnskaben. "