Connect with us

Znanost

Nanotehnologija

Amerikanci otkrili slabu stranu grafena

Eksperimenti učinjeni tijekom 2008. godine na Fakultetu za inženjerstvo i primijenjene znanosti na američkom Sveučilištu Columbia doveli su do čistog grafena, sloja grafita debljine od samo jednog atoma, koji je proglašen najjačim materijalom poznatim čovječanstvu.

To je potaknulo Chrisa Marianettia, docenta na Zavodu za primijenjenu fiziku i primijenjenu matematiku sveučilišta Columbia da se zapita: kako se grafen može slomiti i zbog čega? Koristeći kvantnu teoriju i superračunala, Marianetti je otkrio mehanizme mehaničkog kvara čistog grafena uslijed vlačnog naprezanja. U radu koji je nedavno prihvaćen za objavljivanje u časopisu Physical Review Letters, on pokazuje da, kada se grafen izlaže naprezanju jednakom u svim smjerovima, on stvara novu strukturu koja je mehanički nestabilna. Marianetti kaže da je ovaj mehanizam novi tip mekane fononske nestabilnosti. Fonon je način na koji atomi kolektivno vibriraju unutar kristala, slično valu u tekućini.

Činjenica da fonon postaje “mekan” pod utjecajem vlačnih deformacija znači da sustav može sniziti svoju energiju iskrivljujući atome zajedno s načinom njihovog vibriranja i prelaska u novu kristalnu strukturu. Pod dovoljnim pritiskom, grafen razvija određeni način mekog vibriranja koji uzrokuje da se saćasti raspored atoma ugljika promijeni u izolirane šesterokutne prstene. Ovaj novi kristal je strukturno slabiji, što ima za posljedicu mehanički kvar lista grafena.

“Ovo je uzbudljivo na mnogim različitim razinama”, napominje Marianetti. “Ti meki načini vibriranja su prvi put uočeni 1960.-ih godina u kontekstu feroelektričnih faznih prijelaza, ali oni nikada nisu bili izravno povezani s lomovima. Tipično je da će greške u materijalu uvijek uzrokovati da se kvar dogodi prerano, ali netaknuta narav grafena omogućuje da testiramo naša predviđanja. Već smo naznačili neke zanimljive nove eksperimente radi izravnog promatranja naših teorijskih predviđanja o mekom načinu vibriranja ili tzv. soft modu.”

Marianetti dodaje da je ovo prvi put da je meki optički fonon ikad bio povezan s mehaničkim kvarom i da je stoga vjerojatno da ovaj novi mehanizam kvarova nije isključivo povezan sa grafenom, već da može biti prisutan i u drugim vrlo tankim materijalima. “S nanotehnologijom oni postaju sveprisutni, pa je razumijevanje prirode mehaničkog ponašanja u nisko dimenzionalnim sustavima kao što je grafen od velike važnosti. Mislimo da vlačno naprezanje može biti sredstvo upoznavanja inženjerskih svojstava grafena, a time i razumijevanje njegovih ograničenja postaje ključno.”

Ovo istraživanje je financirala američka Nacionalna zaklada za znanost. Marianettijevi istraživački interesi leže u primjeni klasične i kvantne mehanike na modele ponašanja materijala na atomskoj razini. Konkretno, on je usmjeren na primjenu ove tehnike na materijale koji imaju potencijal za skladištenje energije i pretvorbe. Trenutno se njegova istraživanja odvijaju u rasponu od ispitivanja nuklearnih materijala poput plutonija do materijala za punjive baterije kao što su kobaltni oksidi.

Izvor: Columbia University

Life is a sexually transmitted disease and there is a 100% mortality rate.

Ostavi komentar

Ostavi komentar

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Obavezna polja su označena sa *

Više u Nanotehnologija

Popularno

Advertisement

Pratite nas na Fejsu

Na Vrh