全世界對(duì)石墨烯等薄原子材料研究的熱情
全世界對(duì)石墨烯等薄原子材料研究的熱情
在全球?qū)κ┑仍颖〔牧系目駸嶂?,一個(gè)領(lǐng)域沒有系統(tǒng)的分析——盡管這一信息對(duì)于許多潛在的應(yīng)用至關(guān)重要,包括海水淡化、DNA測(cè)序、量子通信設(shè)備和計(jì)算系統(tǒng)。
麻省理工學(xué)院的研究人員現(xiàn)在通過創(chuàng)建一個(gè)精確尺寸和形狀的目錄來解決這個(gè)問題,當(dāng)從原子晶格中移除一定數(shù)量的原子時(shí),最有可能被觀察到(理論上更可行)。研究生Ananth Govind Rajan、化學(xué)工程教授Daniel Blankschtein和M.在麻省理工學(xué)院、洛克希德馬丁空間學(xué)院和牛津大學(xué)的《自然材料雜志》上發(fā)表了另外四篇論文。
Strano說,這是石墨烯領(lǐng)域中一個(gè)長(zhǎng)期存在的問題,我們稱之為具有納米孔的同分異構(gòu)體的分類。他說,對(duì)于那些想使用石墨烯或類似的二維片狀材料進(jìn)行化學(xué)分離或過濾應(yīng)用的人來說,我們只需要了解可能存在的原子缺陷的類型,我們已經(jīng)知道了。從來沒有見過比這更多的人。
例如,布蘭克施泰因指出,從石墨烯的六角形雞絲陣列中只移除八個(gè)連續(xù)的碳原子,所產(chǎn)生的孔可能有66個(gè)不同的可能形狀。當(dāng)移除的原子數(shù)量增加到12個(gè)時(shí),可能形狀的數(shù)量跳到3226個(gè),移除的原子30個(gè),可能有4000億個(gè)。事實(shí)上,這些形狀中只有少數(shù)是被發(fā)現(xiàn)的,因此預(yù)測(cè)實(shí)際發(fā)生的形狀的能力對(duì)于研究人員來說是非常有用的。
Strano說,事實(shí)上,由于缺乏關(guān)于哪些洞是真正形成的信息,所以它是這樣做的,因?yàn)樗鼘⒛隳M的東西與實(shí)驗(yàn)室中實(shí)際可測(cè)量的東西斷開。他說,這個(gè)實(shí)際可能形狀的新目錄將使為特定目的搜索材料更容易管理。
Strano說,分析的能力取決于許多以前沒有的工具。10年前你還不能解決這個(gè)問題。但是現(xiàn)在,研究人員利用化學(xué)圖論、精確的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算和高分辨率掃描電子顯微鏡等工具,捕捉到了顯示單個(gè)原子
研究小組稱這些空穴為晶格反分子,并根據(jù)被移除的原子的形狀來描述它們。這是第一次,這種方法為描述這些復(fù)雜形狀的整個(gè)集合提供了一個(gè)簡(jiǎn)單而連貫的框架。Govind Rajan說,在過去,如果你談?wù)摰氖遣牧现械目?,那么他補(bǔ)充道:沒有辦法識(shí)別出具體的孔。一旦人們開始更頻繁地制造這些孔,最好有一個(gè)命名約定來識(shí)別它們。
Strano解釋說,這個(gè)新目錄有助于打開潛在的應(yīng)用程序。缺陷是好的和壞的。有時(shí)你想阻止它們,因?yàn)樗鼈兿魅趿瞬牧?,但有時(shí)你想制造它們并控制它們的大小和形狀,例如過濾、化學(xué)處理或DNA測(cè)序,只有特定的分子才能通過另一個(gè)應(yīng)用可能是量子計(jì)算或通信設(shè)備,在這些設(shè)備中,特定大小和形狀的孔被調(diào)整為發(fā)射特定顏色和能級(jí)的光子。
Govind Rajan說,除了對(duì)材料的機(jī)械性能有影響外,空穴還影響電子、磁性和光學(xué)性能。
Strano預(yù)測(cè)這項(xiàng)工作將是研究二維材料缺陷的一個(gè)有價(jià)值的工具,因?yàn)樗鼘⑹寡芯咳藛T能夠找到有前途的缺陷類型,而無需根據(jù)理論上可能出現(xiàn)的無數(shù)形狀對(duì)其進(jìn)行分類,這些形狀是不可能形成的。
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