Skoltech-forskare modellerade beteendet hos nanobubblor som dyker upp i van der Waals heterostrukturer och beteendet hos ämnen som fångades inuti bubblorna. I framtiden, den nya modellen hjälper till att få statliga ekvationer för ämnen i nanovolymer, öppnar nya möjligheter för utvinning av kolväten från berg med stora mängder mikro- och nanoporer. Resultaten av studien publicerades i Journal of Chemical Physics .
Van der Waals nanostrukturer lovar mycket för studier av minsta prover med volymer från 1 kubikmikron ner till flera kubiknanometer. Dessa atomärt tunna lager av tvådimensionella material, såsom grafen, hexagonal bornitrid (hBN) och dikalkogenider av övergångsmetaller, hålls samman endast av svag van der Waals-interaktion. Att infoga ett prov mellan lagren separerar de övre och nedre lagren, vilket gör att det övre lagret lyfts till en nanobubbla. Den resulterande strukturen kommer då att bli tillgänglig för transmissionselektron- och atomkraftmikroskopi, ger en inblick i strukturen av ämnet inuti bubblan.
De egenskaper som ämnen uppvisar inuti van der Waals nanobubblor är ganska ovanliga. Till exempel, vatten som fångas inuti en nanobubbla visar en tiofaldig minskning av dess dielektriska konstant och etsar diamantytan, något den aldrig skulle göra under normala förhållanden. Argon som vanligtvis finns i flytande form i stora mängder kan bli fast vid samma tryck om det fångas in i mycket små nanobubblor med en radie på mindre än 50 nanometer.
Forskare ledda av professor Iskander Akhatov från Skoltech Center for Design, Manufacturing and Materials (CDMM) byggde en universell numerisk modell av en nanobubbla som hjälper till att förutsäga bubblans form under vissa termodynamiska förhållanden och beskriver molekylstrukturen för ämnet som är fångat inuti.
"I praktisk mening, bubblorna i van der Waals strukturer betraktas oftast som brister som experimenterande är angelägna om att bli av med. Dock, ur straintronics synvinkel, bubblorna skapar belastning, och dess effekt på den elektroniska strukturen kan användas för att skapa praktiska enheter, som transistorer, logiska element och ROM, "Petr Zhilyaev, senior forskare vid Skoltech, sa.
"I vår senaste studie, vi skapade en modell som beskriver en specifik form som platta nanobubblor endast antar i subnanometerdimensionsområdet. Vi upptäckte att den vertikala storleken på dessa nanostrukturer bara kan ta diskreta värden som kan delas med storleken på de fångade molekylerna. Dessutom, modellen gör det möjligt att ändra storleken på nanobubblor genom att kontrollera systemets temperatur och materialens fysikalisk-kemiska parametrar, " sa seniorforskaren Timur Aslyamov.
