• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Forskning visar att grafenformer bildar elektriskt laddade rynkor

    Stackar av grafen tenderar att bilda sågtandsprickor när de komprimeras. Dessa rynkor har en elektrisk laddning som kan vara användbar för att studera DNA eller vägleda nanoskala självmontering. Upphovsman:Kim Lab / Brown University

    Forskare från Brown University har upptäckt en annan märklig och potentiellt användbar egenskap hos grafen, en-atom-tjocka kolark, som kan vara användbart för att styra självmontering i nanoskala eller för att analysera DNA eller andra biomolekyler.

    En studie publicerad i Förfaranden från Royal Society A visar matematiskt vad som händer med staplar av grafenark under lätt sidokomprimering - en mild klämning från deras sidor. Istället för att bilda slät, försiktigt sluttande varp och rynkor över ytan, forskarna visar att lagrad grafen bildar skarp, sågtänder som visar sig ha intressanta elektriska egenskaper.

    "Vi kallar dessa kvantflexoelektriska rynkor, "sa Kyung-Suk Kim, en professor i Brown's School of Engineering och tidningens seniorförfattare. "Det som är intressant med dem är att varje vinkel producerar en anmärkningsvärt tunn linje av intensiv elektrisk laddning över ytan, som vi tror kan vara användbara i en mängd olika applikationer. "

    Laddningen, Kim säger, genereras av kvantbeteendet hos elektroner som omger kolatomerna i grafengitteret. När atomskiktet är böjt, elektronmolnet koncentreras antingen ovanför eller under lagerplanet. Den elektronkoncentrationen gör att böjningen lokaliseras till en skarp punkt, och producerar en linje med elektrisk laddning ungefär en nanometer bred och löper längden på vinkeln. Laddningen är negativ över spetsen på en höjd ås och positiv längs botten av en dal.

    Den elektriska laddningen, Kim och hans kollegor säger, kan vara ganska användbart. Det kunde, till exempel, användas för att styra självmontering i nanoskala. De laddade rynkorna lockar partiklar med en motsatt laddning, får dem att samlas längs skrynkliga åsar eller dalar. Faktiskt, Kim säger, partikelmontering längs rynkor har redan observerats i tidigare experiment, men då saknade observationerna en tydlig förklaring.

    De tidigare experimenten involverade grafenark och buckyballs-fotbollsbollformade molekyler bildade av 60 kolatomer. Forskare dumpade buckyballs på olika typer av grafenark och observerade hur de sprids. I de flesta fallen, buckybollarna sprids slumpmässigt ut på ett lager grafen som marmor som tappats på ett slätt trägolv. Men på en viss typ av flerlagers grafen som kallas HOPG, kulorna skulle spontant samlas i raka kedjor som sträckte sig över ytan. Kim tror att flexoelektriska rynkor kan förklara det konstiga beteendet.

    "Vi vet att HOPG naturligt bildar rynkor när det produceras, "Kim sa." Det vi tror är på gång är att linjeavgiften som skapas av rynkorna orsakar buckybollarna, som har en elektrisk dipol nära linjeladdningen, att rada upp."

    Liknande, konstiga beteenden har setts i experiment med biomolekyler som DNA och RNA på grafen. Molekylerna ordnar sig ibland i säregna mönster snarare än att slumpa ut slumpmässigt som man kan förvänta sig. Kim och kollegor tror att dessa effekter också kan spåras till rynkor. De flesta biomolekyler har en inneboende negativ elektrisk laddning, vilket får dem att ställa upp längs positivt laddade vinkeldalar.

    Det kan vara möjligt att konstruera skrynkliga ytor för att dra full nytta av den flexoelektriska effekten. Till exempel, Kim ser för sig en skrynklig yta som gör att DNA -molekyler sträcks ut i raka linjer vilket gör dem enklare att sekvensera.

    "Nu när vi förstår varför dessa molekyler raderar som de gör, vi kan tänka oss att göra grafenytor med speciella vinkelmönster för att manipulera molekyler på specifika sätt, "Sa Kim.

    Kims labb på Brown har arbetat i flera år med rynkor i nanoskala, rynkor, veck och veck. De har visat att bildandet av dessa strukturer kan kontrolleras noggrant, stärker möjligheten att skrynklig grafen är skräddarsydd för en mängd olika applikationer.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com