Графен образует электрически заряженные изгибы

Coatings Today
05.07.2018 312

Исследователи из Брауновского университета обнаружили еще одно своеобразное и потенциально полезное свойство углеродного листа толщиною в один атом, известного как графен, который может быть полезен при наноразмерной самосборке или анализе ДНК или других биомолекул.

Исследователи математически продемонстрировали, что происходит с набором графеновых листов при небольшом боковом сжатии – мягкое сдавливании с их сторон. Исследование показало, что вместо образования гладких, слегка наклонённых искривлений и морщин на поверхности, слоистый графен образует острые пилообразные зубцы, которые, как оказалось, обладают довольно интересными электрическими свойствами.

«Мы называем их квантовыми флексоэлектрическими изгибами», – сказал Кюнг-Сук Ким, профессор инженерного факультета Брауновского университета и старший автор исследования. «Что интересно, каждый изгиб создает поразительно тонкую линию интенсивного электрического заряда на поверхности, что, по нашему мнению, может быть полезным в самых разных областях применения».

Заряд, как утверждает Ким, генерируется квантовым поведением электронов, окружающих атомы углерода в решетке графена. Когда атомный слой изгибается, электронное облако концентрируется либо выше, либо ниже плоскости слоя. Такая концентрация электронов приводит к тому, что изгиб локализуется в острую точку, создавая линию электрического заряда шириной примерно 1 нм, которая проходит вдоль длины изгиба. На кончике поднятой кромки заряд отрицательный, а вдоль углубления на поверхности – положительный.

Этот электрический заряд, по словам Кима и его коллег, может быть весьма полезным. Его можно было бы, например, использовать для наведения прямой самосборки на наноуровне, при этом заряженные изгибы притягивали бы частицы с противоположным зарядом, заставляя их собираться вдоль выступов или углублений. Более того, говорит Ким, сосредоточение частиц вдоль изгибов уже наблюдалась в предыдущих экспериментах, но на то время для наблюдений не было четкого объяснения.

В предыдущих экспериментах были задействованы графеновые листы и бакиболы (фуллерены) – молекулы в форме, напоминающей футбольный мяч, с кластерной углеродной структурой, содержащей от 10 до 1000 атомов, образованные 60 атомами углерода. Исследователи выгружали бакиболы на разные виды графеновых листов и наблюдали, как они рассеиваются. В большинстве случаев бакиболы рассредоточивались беспорядочно на слое графена, подобно стеклянным шарикам на гладком деревянном полу. Но на одном конкретном типе многослойного графена, известного как ВОПГ (высокоориентированный пиролитический графит), шарики самопроизвольно сформировали прямые цепи, простирающиеся по всей поверхности. Ким счиает, что именно флексоэлектрические изгибы могут объяснить такое странное поведение.

«Известно, что ВОПГ естественным образом образует изгибы при производств», – говорит Ким. «Мы думаем, что происходит следующее: линейный заряд, создаваемый изгибами, заставляет бакиболы, которые обладают электрическим диполем вблизи линейного заряда, выстраиваться в линию».

Аналогичным образом, странное поведение наблюдалось в экспериментах с биомолекулами, такими как ДНК и РНК, на графене. Молекулы время от времени выстраивались в своеобразные узоры, но не случайным образом, как можно было ожидать. Ким и его коллеги считают, что эти эффекты можно проследить и до изгибов. Большинство биомолекул имеют собственный отрицательный электрический заряд, что заставляет их выстраиваться вдоль положительно заряженных морщинистых углублений.

Возможно, получится обработать сморщенные поверхности таким образом, чтобы в полной мере воспользоваться флексоэлектрическим эффектом. Например, Ким представляет сморщенную поверхность, которая заставит молекулы ДНК растягиваться прямыми линиями, что облегчит их упорядочивание.

«Теперь, когда мы понимаем, почему эти молекулы выстраиваются именно таким способом, мы можем думать о создании графеновых поверхностей с особыми узорами изгибов, чтобы управлять молекулами определенным образом», – говорит Ким.

Лаборатория Кима в Брауновском университете много лет работает над наноразмерными морщинами, изгибами, сгибами и складками. Лаборатория доказала, что формирование этих структур можно тщательно контролировать, укрепляя возможность морщинистого графена, адаптированного для различных применений.

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Новый способ измерения свойств поверхностного слоя материалов
Новый способ измерения свойств поверхностного слоя материалов
Новый метод отличается от существующих методов тем, что ни одна реальная частица не проникает в…
07.12.2022
52
Кислотостойкая система Density для измерения плотности
Кислотостойкая система Density для измерения плотности
Системы Density Systems от компании Dynatrol (Ньюстон, штат Техас) для измерения относительной плотности и процентной…
Coatings Today
08.11.2020
170
Мировой рынок порошков нитрида алюминия выигрывает от развития индустрии электромобилей
Мировой рынок порошков нитрида алюминия выигрывает от развития индустрии электромобилей
Нитрид алюминия широко используется в платах, полученных прямым присоединением меди, для электромобилей. Согласно недавнему маркетинговому…
Coatings Today
06.02.2019
301
Boeing представляет беспилотный истребитель Airpower Teaming System
Boeing представляет беспилотный истребитель Airpower Teaming System
Беспилотник призван дополнить и расширить масштаб воздушных операций благодаря объединению с имеющимися военными летательными аппаратами.…
Coatings Today
09.04.2019
305
Компания Durr получает самый крупный заказ в своей истории
Компания Durr получает самый крупный заказ в своей истории
Компания Dürr объявила о постройке нового высокотехнологичного лакокрасочный цеха на заводе Toyota в Джорджтауне, штат…
Coatings Today
01.10.2018
282
Алюминиевый порошок яркого цвета с высокой щелочестойкостью
Алюминиевый порошок яркого цвета с высокой щелочестойкостью
В новом исследовании описано изготовление алюминиевого порошка, инкапсулированного в слоистый полимерный материал. В исследовании представлен…
Coatings Today
18.05.2021
149
Морские ветрогенераторы мощностью 15 МВт с лопастям длиной 115,5 метров
Морские ветрогенераторы мощностью 15 МВт с лопастям длиной 115,5 метров
Самый большой ротор в промышленности обеспечивает производительность, которая на 65% превышает показатели турбин мощностью 9,5…
Coatings Today
24.02.2021
176
Hempel предоставляет покрытие для приливной турбины Orbital O2
Hempel предоставляет покрытие для приливной турбины Orbital O2
Для защиты самой мощной в мире приливной турбины Orbital O2 компания Hempel предоставила высокоэффективные противокоррозионные…
Coatings Today
01.06.2021
156
Hydro расширяет производство на рынке ковки алюминия для автомобильной промышленности
Hydro расширяет производство на рынке ковки алюминия для автомобильной промышленности
Компания Hydro модернизирует операции отливки на своем заводе в Husnes (Норвегия) благодаря новой технологии производства…
Coatings Today
24.05.2019
277