Stoffer fanget i nanobobler udviser usædvanlige egenskaber

Skoltech-forskere modellerede adfærden af ​​nanobobler, der optræder i van der Waals heterostrukturer, og adfærden af ​​stoffer fanget inde i boblerne. I fremtiden, den nye model vil hjælpe med at opnå tilstandsligninger for stoffer i nanovolumener, åbner nye muligheder for udvinding af kulbrinter fra bjergarter med store mængder mikro- og nanoporer. Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i Journal of Chemical Physics .

Van der Waals nanostrukturer lover meget for undersøgelsen af ​​de mindste prøver med volumener fra 1 kubikmikron ned til flere kubiknanometer. Disse atomare tynde lag af todimensionelle materialer, såsom grafen, hexagonal bornitrid (hBN) og dichalcogenider af overgangsmetaller, holdes kun sammen af ​​svag van der Waals interaktion. Indsættelse af en prøve mellem lagene adskiller det øverste og det nederste lag, få det øverste lag til at løfte sig for at danne en nanoboble. Den resulterende struktur vil derefter blive tilgængelig for transmissionselektron- og atomkraftmikroskopi, giver et indblik i strukturen af ​​stoffet inde i boblen.

De egenskaber, som stoffer udviser inde i van der Waals nanoboblerne, er ret usædvanlige. For eksempel, vand fanget inde i en nanoboble viser et tidobbelt fald i dens dielektricitetskonstant og ætser diamantoverfladen, noget den aldrig ville gøre under normale forhold. Argon, som typisk findes i flydende form, når det er i store mængder, kan blive fast ved samme tryk, hvis det fanges inde i meget små nanobobler med en radius på mindre end 50 nanometer.

Forskere ledet af professor Iskander Akhatov fra Skoltech Center for Design, Manufacturing and Materials (CDMM) byggede en universel numerisk model af en nanoboble, der hjælper med at forudsige boblens form under visse termodynamiske forhold og beskrive den molekylære struktur af stoffet fanget inde.

"I praktisk forstand, boblerne i van der Waals-strukturerne betragtes oftest som fejl, som forsøgsledere er ivrige efter at slippe af med. Imidlertid, fra et straintronics synspunkt, boblerne skaber spænding, og dens effekt på den elektroniske struktur kan bruges til at skabe praktiske enheder, såsom transistorer, logiske elementer og ROM, "Petr Zhilyaev, seniorforsker ved Skoltech, sagde.

"I vores nylige undersøgelse, vi skabte en model, som beskriver en specifik form, som flade nanobobler kun antager i subnanometerdimensionsområdet. Vi opdagede, at den lodrette størrelse af disse nanostrukturer kun kan tage diskrete værdier, der er delelige med størrelsen af ​​de fangede molekyler. Ud over, modellen gør det muligt at ændre størrelsen af ​​nanobobler ved at kontrollere systemets temperatur og materialernes fysisk-kemiske parametre, " sagde seniorforsker Timur Aslyamov.