Графен образует электрически заряженные изгибы

Coatings Today
05.07.2018 328

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

Концерн IAI запускает новую производственную линию для обшивки крыльев истребителя F-35
Концерн IAI запускает новую производственную линию для обшивки крыльев истребителя F-35
Концерн Israel Aerospace Industries (IAI, Лод, Израиль) запустил новую производственную линию для обшивки крыльев истребителя…
Coatings Today
10.04.2019
309
Шэньчжэньский технологический центр исследует материалы для электроники
Шэньчжэньский технологический центр исследует материалы для электроники
Toyo Ink SC Holdings Co., Ltd., головная компания токийского производителя специализированных материалов Toyo Ink Group,…
12.08.2022
115
Эпоксидная смола с нанокремнеземом, пригодная для электрической изоляции
Эпоксидная смола с нанокремнеземом, пригодная для электрической изоляции
Состав обеспечивает прочное сцепление с различными подложками, включая металлы, композиционные материалы, стекло, керамику, резину и…
Coatings Today
02.05.2021
167
FANUC Robots и футбольный клуб Jaguars организуют мероприятия с роботами для фанатов
FANUC Robots и футбольный клуб Jaguars организуют мероприятия с роботами для фанатов
Фанаты, посещающие американский футбольный стадион «ТИАА Банк Филд» (TIAA Bank) в Джексонвилле, штат Флорида ,в…
Coatings Today
19.10.2018
321
Новый 3D-принтер создает объекты за считанные минуты
Новый 3D-принтер создает объекты за считанные минуты
Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали новый настольный 3D-принтер, который работает в 10 раз быстрее,…
Coatings Today
30.01.2018
292
Снижение окислительного воздействия при сушке киви
Снижение окислительного воздействия при сушке киви
В новом исследовании предлагается наносить пектиновые покрытия, обогащенные антиоксидантами, в качестве предварительной обработки перед сушкой…
Coatings Today
21.10.2021
96
Испытания — это не только царапание поверхности автомобильных покрытий
Испытания — это не только царапание поверхности автомобильных покрытий
Гейтерсберг, штат Мэриленд – Новые испытания Национального института стандартов и технологий и трех его партнеров…
Coatings Today
22.01.2019
342
Противомикробная технология в составах покрытий на водной основе
Противомикробная технология в составах покрытий на водной основе
Технология совместима с системами нанесения тонкослойных покрытий и обеспечивает повышенную устойчивость к ультрафиолетовому излучению
23.11.2022
92
Первая в мире яхта в 3D печати
Первая в мире яхта в 3D печати
Компания Lehvoss начала сотрудничество с итальянским судостроителем Livrea Yacht, для печати первой в мире 3D…
Coatings Today
27.03.2018
339