Todimensionelt nanomateriale sætter ekspansionsrekord

Før denne innovation var der kun ét rapporteret materiale, der kunne udvides med 10 % pr. længdeenhed på denne kontraintuitive måde. Den vestligt konstruerede wolfram-halvcarbid nanoplade kan udvides til 40 %, en ny verdensrekord.

"Vi ledte specifikt efter at skabe et todimensionelt nanomateriale fra wolfram-semi-carbid," sagde Stocek. "I 2018 forudsagde teoretikere, at det kunne udvise denne adfærd på et fremragende niveau, men ingen havde været i stand til at udvikle det, på trods af omfattende forsøg fra forskningsgrupper over hele verden."

Det var ikke muligt at konstruere det nye wolfram semi-carbid nanomateriale ved hjælp af kemiske midler, så Stocek og Fanchini stolede på plasmafysik for at danne enkeltatomlagene. Lavet af ladede partikler af atomer, plasma er den fjerde tilstand af stof (med fast, flydende og gas). Plasma kan observeres i den naturlige verden i nordlyset, eller Aurora Borealis, og solens korona under den nylige solformørkelse. Det bruges også i neonbelysning, lysstofrør og fladskærms-tv.

Typisk er instrumenteringen, der bruges til at fremstille todimensionelle nanomaterialer, specielle ovne, hvor gasser opvarmes til en høj nok temperatur til at reagere og danne det ønskede stof kemisk. Denne tilgang virkede simpelthen ikke, fordi enhver kemisk reaktion, den mest almindelige proces, ville føre til et andet produkt end det ønskede nanomateriale.

"Det var der, de fleste forskere, der forsøgte at få dette materiale før os, kørte fast, så vi var nødt til at dreje," sagde Fanchini.

I stedet for at opvarme en gas lavet af wolfram og kulstofatomer i ovne, som ville producere neutrale partikler, som du ville få for faste stoffer, væsker eller gasser, designede Stocek og Fanchini en ny tilpasset instrumentering, der producerer et plasma, som består af elektrisk ladede partikler.

Stræk mål

Der er utallige anvendelsesmuligheder for disse W₂ C nanoark, begyndende med en ny type strain gauge. Disse kommercielt tilgængelige målere er en standardmetode til at måle ekspansion og strækning i alt fra flyvinger til husholdnings VVS.

"Forestil dig, hvis du vil vide, om et rør i dit hus deformeres og risikerer at briste på et tidspunkt. Du kan sætte en sensor på røret lavet af dette todimensionelle nanomateriale og derefter bruge en computer til at overvåge strømmen, der passerer gennem det. Hvis strømmen stiger, betyder det, at røret udvider sig og risikerer at briste," sagde Stocek.

Det nye nanomateriale bliver faktisk mere elektrisk ledende, og det åbner døren for uendelige muligheder at bruge i ting som sensorer eller enhver enhed, der registrerer hændelser eller ændringer i miljøet og sender informationen til anden elektronik. En anden applikation er at indlejre materialet i strækbar elektronik, f.eks. bærbar teknologi, så de har mere ledningsevne.

"Normalt ville strain gauges stole på det faktum, at når du strækker et materiale, bliver det tyndere, og du ændrer ledningsevnen af ​​et materiale til at bære en strøm," sagde Fanchini. "Med dette nye nanomateriale ville dette ikke længere være tilfældet."

Resultaterne er publiceret i tidsskriftet Materials Horizons .

Flere oplysninger: Noah B. Stocek et al., Giant Auxetic Behavior in Remote-plasma Synthesized Few-Layer Tungsten Semicarbide, Materials Horizons (2024). DOI:10.1039/D3MH02193A

Journaloplysninger: Material Horizons

Leveret af University of Western Ontario