Undersøgelsen afslører nøgledynamikken i 2D-nanomaterialer med henblik på produktion i større skala
Et team af Rice University-forskere kortlagde, hvordan pletter af 2D-materialer bevæger sig i flydende ⎯ viden, der kunne hjælpe forskere med at samle materialer i makroskopisk skala med de samme nyttige egenskaber som deres 2D-modstykker.
"Todimensionelle nanomaterialer er ekstremt tynde - kun flere atomer tykke - arkformede materialer," sagde Utana Umezaki, en Rice-studerende, som er hovedforfatter på en undersøgelse offentliggjort i ACS Nano . "De opfører sig meget anderledes end materialer, vi er vant til i dagligdagen og kan have virkelig nyttige egenskaber:De kan modstå mange kræfter, modstå høje temperaturer og så videre. For at udnytte disse unikke egenskaber er vi nødt til at finde måder at at gøre dem til materialer i større skala som film og fibre."
For at bevare deres specielle egenskaber i bulkform skal plader af 2D-materialer rettes korrekt ⎯ en proces, der ofte forekommer i opløsningsfasen. Risforskere fokuserede på grafen, som består af kulstofatomer, og sekskantet bornitrid, et materiale med en struktur, der ligner grafen, men sammensat af bor- og nitrogenatomer.
"Vi var især interesserede i sekskantet bornitrid, som nogle gange kaldes 'hvid grafen', og som i modsætning til grafen ikke leder elektricitet, men har høj trækstyrke og er kemisk modstandsdygtig," siger Angel Martí, professor i kemi, bioteknik. , materialevidenskab og nanoteknik og formand for Rices kemiafdeling. "En af de ting, vi indså, er, at diffusionen af hexagonalt bornitrid i opløsning ikke var særlig godt forstået.
"Faktisk, da vi konsulterede litteraturen, fandt vi ud af, at det samme gjaldt for grafen. Vi kunne ikke finde en redegørelse for diffusionsdynamik på enkeltmolekyleniveau for disse materialer, hvilket er det, der motiverede os til at tackle dette problem."
Forskerne brugte et fluorescerende overfladeaktivt middel, det vil sige glødende sæbe, til at mærke nanomaterialeprøverne og gøre deres bevægelse synlig. Videoer af denne bevægelse gjorde det muligt for forskere at kortlægge prøvernes baner og bestemme forholdet mellem deres størrelse og hvordan de bevæger sig.
"Fra vores observation fandt vi en interessant tendens mellem hastigheden af deres bevægelse og deres størrelse," sagde Umezaki. "Vi kunne udtrykke tendensen med en relativt simpel ligning, hvilket betyder, at vi kan forudsige bevægelsen matematisk."
Grafen viste sig at bevæge sig langsommere i den flydende opløsning, muligvis på grund af det faktum, at dets lag er tyndere og mere fleksible end hexagonalt bornitrid, hvilket giver anledning til mere friktion. Forskere mener, at formlen afledt af eksperimentet kunne bruges til at beskrive, hvordan andre 2D-materialer bevæger sig i lignende sammenhænge.
"Det er vigtigt at forstå, hvordan diffusion i et begrænset miljø fungerer for disse materialer, fordi ⎯ hvis vi vil lave fibre, for eksempel ⎯, ekstruderer vi disse materialer gennem meget tynde injektorer eller spindedyser," sagde Martí. "Så dette er det første skridt mod at forstå, hvordan disse materialer begynder at samle sig og opføre sig, når de er i dette afgrænsede miljø."
Som en af de første undersøgelser til at undersøge hydrodynamikken i 2D nanosheetmaterialer, hjælper forskningen med at udfylde et hul i feltet og kan være medvirkende til at overvinde 2D-materialefremstillingsudfordringer.
"Vores endelige mål med at studere disse byggesten er at være i stand til at generere makroskopiske materialer," sagde Martí.
Anatoly Kolomeisky, professor i kemi og kemisk og biomolekylær teknik ved Rice, og Matteo Pasquali, A.J. Hartsook professor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab og professor i kemi og i materialevidenskab og nanoteknik, er tilsvarende forfattere på undersøgelsen.
Flere oplysninger: Utana Umezaki et al., Brownsk diffusion af sekskantede boronitride nanoplader og grafen i to dimensioner, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c11053
Journaloplysninger: ACS Nano
Leveret af Rice University
Varme artikler
-
Ikke altid dårligt-MXenes spontane oxidation udnyttet til at skabe 2-D nanokompositterIllustration af miljøfølsom fotorespons af spontant delvist oxideret Ti3C2 MXene tynd film, når den udsættes for UV-lys. Molekyler i det omgivende miljø modulerer fotoresponset. Kredit:Missouri Univer -
Trinvis magnetisk selvsamling af mikropillar-arrays med lang rækkefølge(a) Trinvis proces med magnetisk selvsamling ved forskellige magnetiske fluxtætheder (b) Polymer bindemiddel tillader formretention af lang rækkevidde ordnet forbindelse efter fjernelse af magnetfelt -
Ny nanosensor registrerer kræftbiomarkører i bloddråberKredit:University of Twente At lede efter kræftbiomarkører i blod er en lovende metode til at påvise metastatisk kræft. Det er mindre krævende end billeddannelsesteknikker som MRI (magnetisk reson -
Mikrodroner med lysdrevne nanomotorerKunstnerisk repræsentation af en mikrodrone med to aktive lysdrevne nanomotorer mellem røde blodlegemer. Kredit:Thorsten Feichtner En håndholdt laserpointer producerer ingen mærkbare rekylkræfter,
- Klimaforskere er måske ikke de bedste formidlere af klimatrusler
- Smarte tekstiler øger forbindelsen mellem bærbare sensorer med 1, 000 gange
- Nyt kollider -koncept ville tage kvante -teorier til et ekstremt
- Sådan laver du en naturlig fuglfoder med uflavoureret gelatine
- Nanopartikler beskytter olie i fødevarer mod oxidation, ødelæggelse
- Specielt orienteret snoet dobbeltlagsgrafen er vært for topologiske elektroniske tilstande