• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Oväntade vidhäftningsegenskaper hos grafen kan leda till nya nanotekniska enheter

    Detta är en konstnärs återgivning av en rad trycksatta grafenmembran. Ett CU-Boulder-team upptäckte nyligen att grafen har förvånansvärt höga vidhäftningsegenskaper, fynd som kan hjälpa till att utveckla nya grafenbaserade mekaniska enheter som gasseparationsmembran. Kredit:Illustration med tillstånd av Victor Tzen och Rex Tzen.

    Grafen, betraktas som det mest spännande nya material som studeras i världen av nanoteknik, blev bara ännu mer intressant, enligt en ny studie av en grupp forskare vid University of Colorado Boulder.

    De nya fynden-att grafen har förvånansvärt kraftfulla vidhäftningskvaliteter-förväntas hjälpa till att styra utvecklingen av grafentillverkning och av grafenbaserade mekaniska anordningar som resonatorer och gasseparationsmembran, enligt CU-Boulder-teamet. Experimenten visade att den extrema flexibiliteten hos grafen gör att den kan överensstämma med topografin för även de slätaste substraten.

    Grafen består av ett enda lager kolatomer som är kemiskt bundna i ett sexkantigt kycklingtrådsgitter. Dess unika atomstruktur kan någon dag ersätta kisel som grund för elektroniska enheter och integrerade kretsar på grund av dess anmärkningsvärda elektriska, mekaniska och termiska egenskaper, sa biträdande professor Scott Bunch från CU-Boulder maskintekniska avdelning och ledande studieförfattare.

    Ett papper om ämnet publicerades online i 14 augusti numret av Naturnanoteknik . Medförfattare till studien inkluderade CU-Boulder doktorander Steven Koenig och NarasimhaBoddeti och professor Martin Dunn från maskintekniska avdelningen.

    "Den verkliga spänningen för mig är möjligheten att skapa nya applikationer som utnyttjar grafens anmärkningsvärda flexibilitet och vidhäftande egenskaper och utvecklar unika experiment som kan lära oss mer om nanoskalaegenskaperna hos detta fantastiska material, "Sa Bunch.

    Inte bara har grafen den högsta elektriska och värmeledningsförmågan bland alla kända material, men detta "undermaterial" har visat sig vara det tunnaste, det styvaste och starkaste materialet i världen, samt att den är ogenomtränglig för alla vanliga gaser. Det är nyupptäckta vidhäftningsegenskaper som nu kan läggas till i listan över materialets till synes motsägelsefulla egenskaper, sa Bunch.

    CU-Boulder-teamet mätte vidhäftningsenergin för grafenark, från ett till fem atomlager, med ett glasunderlag, med hjälp av ett trycksatt "blistertest" för att kvantifiera vidhäftningen mellan grafen och glasplattor.

    Adhesion energy beskriver hur "klibbiga" två saker är när de placeras ihop. Scotch tape är ett exempel på ett material med hög vidhäftning; gecko ödlan, som till synes trotsar tyngdkraften genom att skala upp vertikala väggar med hjälp av vidhäftning mellan fötterna och väggen, är en annan. Adhesion kan också spela en skadlig roll, som i upphängda mikromekaniska strukturer där vidhäftning kan orsaka enhetsfel eller förlänga utvecklingen av en teknik, sa Bunch.

    CU -forskningen, de första direkta experimentella mätningarna av vidhäftning av grafen -nanostrukturer, visade att så kallade "van der Waals-krafter"-summan av de attraktiva eller frånstötande krafterna mellan molekyler-klämmer grafenproverna till substraten och håller också ihop de enskilda grafenarken i flerskiktsprover.

    Forskarna fann att vidhäftningsenergierna mellan grafen och glasunderlaget var flera storleksordningar större än vidhäftningsenergier i typiska mikromekaniska strukturer, en interaktion som de beskrev som mer flytande än fast, sa Bunch.

    CU-Boulder-studien finansierades främst av National Science Foundation och Defense Advanced Research Projects Agency.

    Grafens betydelse i den vetenskapliga världen illustrerades av Nobelpriset i fysik 2010 som hedrade två forskare vid Manchester University i England, Andre K. Geim och Konstantin Novoselov, för att producera, isolera, identifiera och karakterisera grafen.

    Det finns ett intresse av att utnyttja grafens otroliga mekaniska egenskaper för att skapa ultratunna membran för energieffektiva separationer som de som behövs för naturgasbehandling eller vattenrening, medan grafens överlägsna elektriska egenskaper lovar att revolutionera mikroelektronikindustrin, sa Bunch.

    I alla dessa applikationer, inklusive eventuell storskalig grafentillverkning, den interaktion som grafen har med en yta är av kritisk betydelse och en vetenskaplig förståelse kommer att hjälpa till att driva tekniken framåt, han sa.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com