Belastung ermöglicht neue Anwendungen von 2D-Materialien
Die Anwendung mechanischer Beanspruchung scheint die Leitfähigkeit von niederdimensionalen Materialien zu beeinflussen.
Der endlose Stromfluss von Supraleitern könnte neue Möglichkeiten der Energiespeicherung und der supereffizienten elektrischen Übertragung und Erzeugung eröffnen, um nur einige Vorteile zu nennen. Aber der charakteristische Nullwiderstand von Supraleitern wird nur unterhalb einer bestimmten kritischen Temperatur erreicht, Hunderte von Grad Celsius unter dem Gefrierpunkt und ist sehr teuer zu erreichen.
Der endlose Stromfluss von Supraleitern könnte neue Möglichkeiten der Energiespeicherung und der supereffizienten elektrischen Übertragung und Erzeugung eröffnen. Aber der charakteristische Nullwiderstand von Supraleitern wird nur unterhalb einer bestimmten kritischen Temperatur erreicht und ist sehr teuer zu erreichen. Physiker in Serbien glauben, dass sie einen Weg gefunden haben, superdünne, waferartige Monoschichten von Supraleitern zu manipulieren und damit die Eigenschaften des Materials zu verändern, um neue künstliche Materialien für zukünftige Geräte zu entwickeln. Dieses Bild zeigt einen Flüssigphasen-Graphenfilm, der auf einem PET-Substrat aufgebracht ist.
Graphene Laboratory, University of Belgrade
Physiker der Universität Belgrad in Serbien glauben, dass sie einen Weg gefunden haben, superdünne, waferartige Monoschichten von Supraleitern wie Graphen, einer Monoschicht aus Kohlenstoff, zu manipulieren und damit die Eigenschaften des Materials zu verändern, um neue künstliche Materialien für zukünftige Geräte zu entwickeln.
"Die Anwendung von biaxialen Zugdehnungen führt zu einer Erhöhung der kritischen Temperatur, was bedeutet, dass das Erreichen von Hochtemperatursupraleitung unter Belastung einfacher wird", sagte der erste Autor der Studie vom LEX-Labor der Universität Belgrad, Vladan Celebonovic.
Das Team untersuchte, wie sich die Leitfähigkeit in niedrigdimensionalen Materialien, wie beispielsweise lithiumdotiertem Graphen, änderte, wenn verschiedene Arten von Kräften eine "Dehnung" auf das Material einleiteten. Die Dehnungstechnik wurde eingesetzt, um die Eigenschaften von sperrigeren Materialien zu verfeinern, aber der Vorteil der Dehnung von niederdimensionalen Materialien, die nur ein Atom dick sind, besteht darin, dass sie große Dehnungen ohne Bruch überstehen können.
Die Leitfähigkeit hängt von der Bewegung der Elektronen ab, und obwohl es sieben Monate harter Arbeit gekostet hat, die Mathematik zur Beschreibung dieser Bewegung im Hubbard-Modell genau abzuleiten, konnte das Team schließlich theoretisch Elektronenschwingungen und -transporte untersuchen. Diese Modelle zeigten neben Berechnungsmethoden, wie die Belastung kritische Veränderungen an dotierten Graphen- und Magnesiumdiborid-Monoschichten bewirkt.
"Die Beanspruchung eines niederdimensionalen Materials verändert die Werte aller Materialparameter; das bedeutet, dass es die Möglichkeit gibt, Materialien für alle Arten von Anwendungen nach unseren Bedürfnissen zu entwerfen", sagte Celebonovic, der erklärte, dass die Kombination der Manipulation der Beanspruchung mit der chemischen Anpassungsfähigkeit von Graphen das Potenzial für eine große Bandbreite potenzieller neuer Materialien bietet. Angesichts der hohen Elastizität, Festigkeit und optischen Transparenz von Graphen könnte die Anwendbarkeit weitreichend sein - denken Sie an flexible Elektronik und optoelektrische Geräte.
Celebonovic und Kollegen testeten, wie zwei verschiedene Ansätze zur Verformung dünner Monoschichten aus Graphen die Gitterstruktur und Leitfähigkeit des 2D-Materials beeinflussen. Für flüssigphasige "exfoliierte" Graphenplatten fand das Team heraus, dass Dehnungsdehnungen einzelne Flocken auseinanderzogen und so den Widerstand erhöhten, eine Eigenschaft, aus der Sensoren wie Touchscreens und E-Skin, ein dünnes elektronisches Material, das die Funktionalitäten der menschlichen Haut nachahmt, hergestellt werden können.
"In der Rasterkraftmikroskopie-Studie an mikromechanisch exfolierten Graphenproben haben wir gezeigt, dass die erzeugten Gräben im Graphen eine ausgezeichnete Plattform sein könnten, um lokale Veränderungen der Graphenleitfähigkeit durch Dehnung zu untersuchen. Und diese Ergebnisse könnten mit unserer theoretischen Vorhersage über die Auswirkungen der Belastung auf die Leitfähigkeit in eindimensional ähnlichen Systemen in Verbindung gebracht werden", sagte Jelena Pesic, eine weitere Autorin auf dem Papier, vom Graphenlabor der Universität Belgrad.
Obwohl das Team viele Herausforderungen für die Realisierung der theoretischen Berechnungen aus diesem Papier experimentell sieht, sind sie gespannt, dass ihre Arbeit bald "den Bereich der Nanotechnologie revolutionieren" könnte.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
Originalveröffentlichung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für die chemische Industrie, Analytik, Labor und Prozess bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.
