Vad händer om jordnötter är spröda, under vissa förutsättningar, betedde sig som taffy? Något sådant händer med en tvådimensionell dikalkogenid som analyserats av forskare vid Rice University.

Risforskare beräknade att atomärt tunna lager av molybdendisulfid kan anta plastens egenskaper genom exponering för en svavelinfunderad gas vid rätt temperatur och tryck.

Det betyder att man kan deformera det utan att bryta det - en egenskap som många materialforskare som studerar tvådimensionella material borde tycka är intressant, enligt Rice teoretiske fysiker Boris Yakobson och postdoktor Xiaolong Zou; de ledde studien som dök upp i tidskriften American Chemical Society Nanobokstäver .

Molybdendisulfid, föremålet för studier i många laboratorier för dess halvledande egenskaper, intresserade Rice lab på grund av egenskaperna hos dess korngränser. Tvådimensionella material som grafen är faktiskt platta, atomtjocka ark. Men 2-D molybdendisulfid är en smörgås, med lager av svavel över och under molybdenatomerna.

När två ark sammanfogas i olika vinklar under tillväxt i en ugn, atomer vid gränserna måste kompensera genom att improvisera "defekta" arrangemang, kallas dislokationer, där de möts.

Forskarna fastställde att det kan vara möjligt att främja förflyttningen av dessa dislokationer genom miljökontroll av gasmediet. Detta skulle förändra materialets egenskaper för att ge det superplasticitet, vilket gör att den kan deformeras bortom sin vanliga brytpunkt.

Plastmaterial kan omarrangeras och kommer att hålla sin nya form. Till exempel, en rörmokare kan böja ett metallrör; den böjbara kvaliteten är plasticitet. Yakobson noterade att sådana material kan bli spröda igen med ytterligare förändringar i miljön.

"Rent generellt, kopplingen av kemi och mekanik är ganska sällsynt och vetenskapligt svår att förstå, sa Yakobson, vars grupp på Rice analyserar material genom att beräkna energierna som binder deras atomer. "Korrosion är det bästa exemplet på hur kemi påverkar mekaniskt beteende, och vetenskapen om korrosion är fortfarande under utveckling."

För molybdendisulfid, de hittade två mekanismer genom vilka gränser kunde övervinna aktiveringsenergibarriärer och leda till superplasticitet. I den första, kallas direkt rebonding, endast en molybdenatom i en dislokation skulle förskjutas som svar på yttre krafter. På sekunden, bindningsrotation, flera atomer skulle skifta i motsatta riktningar.

De beräknade att barriären för direkt återbindning, medan mindre dramatiska, är mycket lägre än för bindningsrotation. "Genom återbindningsvägen, rörligheten för denna defekt ändras i flera storleksordningar, ", sade Yakobson. "Vi vet från mekaniken hos material att spröda eller duktila egenskaper definieras av rörligheten hos dessa dislokationer. Det vi visar är att vi kan påverka den materiella egendomen, töjbarheten, av materialet."

Yakobson föreslog att det kan vara möjligt att justera plasticiteten hos dikalkogenider i allmänhet och att det också kan vara möjligt att eliminera defekterna från ett 2-D dikalkogenidark genom att behandla dislokationerna "för att tillåta dem att snabbt diffundera bort och försvinna eller bilda intressanta aggregerade stater." Det skulle sannolikt öppna vägen för en enklare tillverkning av dikalkogenider som behöver speciella elektriska eller mekaniska egenskaper för applikationer, han sa.

"Vi tänker på dessa tvådimensionella material som en öppen duk, teoretiskt sett, " sa han. "Du kan mycket snabbt läsa och skriva ändringar i dem. Bulkmaterial har inte denna öppenhet, men här, varje atom är i omedelbar närhet till miljön."