Графен образует электрически заряженные изгибы

Coatings Today
05.07.2018 290

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

Китайский завод создал самое большое цельнокованое кольцо в мире
Китайский завод создал самое большое цельнокованое кольцо в мире
Китайская компания Shandong Iraeta Heavy Industry Co. недавно представила огромное цельнокованое кольцо из нержавеющей стали,…
Coatings Today
17.05.2019
316
Ткани Hexcel выбраны для судна Sunseeker
Ткани Hexcel выбраны для судна Sunseeker
Ткани с клеевым точечным покрытием HiMax от компании Hexcel были выбраны для инфузии смолы при…
Coatings Today
23.05.2019
299
Акриловый клей на водной основе Fulltak SE 8116
Акриловый клей на водной основе Fulltak SE 8116
Акриловый клей на водной основе Fulltak SE 8116 для прозрачных этикеток, который не выцветает под…
Coatings Today
31.10.2019
298
Самая черная сажа из всех существующих
Самая черная сажа из всех существующих
На выставке ABRAFATI 2019 компания Orion Engineered Carbons представила латиноамериканскому рынку самую черную сажу из…
Coatings Today
01.10.2019
544
Новые электровелосипеды ARIV от компании GM доступны для предзаказа
Новые электровелосипеды ARIV от компании GM доступны для предзаказа
ARĪV Meld — это компактный электровелосипед, доступный для предзаказа на сайте BikeExchange.com для жителей Германии,…
Coatings Today
15.04.2019
348
Справочник компаний 2021 и мы приглашаем Вас стать участником!
Справочник компаний 2021 и мы приглашаем Вас стать участником!
Ежегодно наш Справочник распространяется на ключевых отраслевых мероприятиях по всей России, включая «ExpoCoating», «Защиту от…
Coatings Today
07.09.2020
178
Первая полностью автоматизированная система смешивания красок Daisy Wheel 3.0
Первая полностью автоматизированная система смешивания красок Daisy Wheel 3.0
Кузовные станции в регионе EMEA (Европа, Ближний Восток и Африка) смогут повысить свою производительность и…
26.05.2022
269
Напечатанные на 3D-принтере наушники получили награду Cool Idea! от компании Protolabs
Напечатанные на 3D-принтере наушники получили награду Cool Idea! от компании Protolabs
Этот грант поможет стартапу из Тусона привести свое изделие в соответствие индивидуальным требованиям на этапе…
Coatings Today
21.02.2019
258
Предварительная Деловая программа Rosmould | Rosplast 2022
Предварительная Деловая программа Rosmould | Rosplast 2022
Ведущие промышленные выставки Rosmould | Rosplast 2022, которые пройдут 7-9 июня 2022 года в Москве,…
16.05.2022
23