Nauka o materiałach odnotowuje przełomowy postęp – narodził się nowy materiał węglowy: monowarstwowy węgiel amorficzny (Monolayer Amorphous Carbon, MAC). Materiał ten, opracowany we współpracy naukowców z National University of Singapore (NUS) i Rice University, wzbudza szerokie zainteresowanie w środowisku akademickim dzięki swojej wyjątkowej wytrzymałości i ciągliwości.
Spis treści:
Wyzwanie Wytrzymałości i Kruchości
Nawet najtwardsze materiały pod wpływem nacisku są podatne na pęknięcia, co od dawna stanowi wyzwanie, które naukowcy próbują pokonać. Choć grafen charakteryzuje się niezwykle wysoką wytrzymałością, jego kruchość sprawia, że po pojawieniu się pęknięć szybko się rozprzestrzeniają, prowadząc do zniszczenia struktury i ograniczając jego praktyczne zastosowania.
Unikalna Struktura MAC: Łącząca Wytrzymałość z Ciągliwością
Odkrycie MAC z powodzeniem przełamuje sprzeczność między wytrzymałością a ciągliwością. Podobnie jak grafen, MAC jest materiałem dwuwymiarowym lub o grubości jednego atomu. Jednak w przeciwieństwie do grafenu, MAC nie jest całkowicie krystaliczny, lecz jest materiałem kompozytowym splecionym z obszarów krystalicznych i amorficznych. Ta szczególna struktura nie tylko zachowuje wysoką wytrzymałość grafenu, ale także nadaje mu ośmiokrotnie większą ciągliwość niż grafen. To właśnie ta struktura kompozytowa zapewnia MAC jego charakterystyczną ciągliwość, co sugeruje, że metoda projektowania kompozytowego może być skutecznym sposobem na zmniejszenie kruchości materiałów 2D.
Bongki Shin, doktorant w dziedzinie materiałoznawstwa i inżynierii nanotechnologicznej na Rice University oraz pierwszy autor badania, stwierdził: „Ta unikalna struktura skutecznie hamuje rozprzestrzenianie się pęknięć, pozwalając materiałowi zaabsorbować więcej energii przed pęknięciem.”
Rozszerzenie Potencjału Zastosowań Materiałów Dwuwymiarowych
Materiały dwuwymiarowe, ze względu na swoje unikalne właściwości fizyczne i chemiczne, mają szerokie perspektywy zastosowań w elektronice, magazynowaniu energii, czujnikach i technologiach do noszenia. Jednak ich wrodzona kruchość zawsze stanowiła poważną przeszkodę w praktycznym zastosowaniu.
Aby pokonać to wyzwanie, naukowcy zaproponowali dwie strategie zwiększania ciągliwości:
Zwiększanie ciągliwości zewnętrzne – poprzez dodawanie wzmacniających nanostruktur do cienkich warstw.
Zwiększanie ciągliwości wewnętrzne – poprzez zmianę wewnętrznej struktury materiału.
Struktura MAC stanowi idealny model referencyjny do badania odporności na pękanie nanokompozytów, udowadniając wykonalność strategii wewnętrznego zwiększania ciągliwości.
Weryfikacja Naukowa i Przyszły Rozwój
Badacze wykorzystali skaningowy mikroskop elektronowy do testów rozciągania in situ, obserwując w czasie rzeczywistym proces powstawania i rozprzestrzeniania się pęknięć w MAC. Jednocześnie zespół Markusa Buehlera z Massachusetts Institute of Technology (MIT) poprzez symulacje dynamiki molekularnej analizował, na poziomie atomowym, jak mieszanie obszarów krystalicznych i amorficznych wpływa na energię pękania materiału.
„Synteza i obrazowanie ultracienkich, nieuporządkowanych materiałów w skali atomowej jest niezwykle trudne i w przeszłości było trudne do osiągnięcia” – powiedział Yimo Han, adiunkt w dziedzinie materiałoznawstwa i inżynierii nanotechnologicznej na Rice University oraz autor korespondencyjny badania. „Dzięki rozwojowi syntezy nanomateriałów i technik obrazowania o wysokiej rozdzielczości odkryliśmy nową metodę znacznego zwiększenia ciągliwości materiałów dwuwymiarowych bez potrzeby dodatkowych warstw.”
Wyniki badań zostały opublikowane w międzynarodowym czasopiśmie naukowym „Matter”, otwierając nowe możliwości w projektowaniu i zastosowaniach przyszłych materiałów dwuwymiarowych. To odkrycie nie tylko dostarcza skutecznej strategii pokonywania kruchości materiałów, ale także kładzie podwaliny pod rozwój wysokowydajnych komponentów elektronicznych, elastycznych urządzeń i zaawansowanych czujników.
Odniesienia do literatury
- Opracowano przełomowy dwuwymiarowy materiał, „jednowarstwowy amorficzny węgiel”, którego wytrzymałość jest osiem razy większa niż grafenu
- A New Carbon Super-Material Is 8x Tougher Than Graphene
- “Wewnętrzne hartowanie monowarstwowych amorficznych nanozwiązków węglowych”，autor：Bongki Shin、Bo Ni、Chee-Tat Toh、Doug Steinbach、Zhenze Yang、Lucas M. Sassi、Qing Ai、Kangdi Niu、Junhao Lin、Kazu Suenaga、Yimo Han、Markus J. Buehler、Marku、Hyaal. DOI: 10.1016/j.matt.2025.102000
(Źródło: Gustavo Raskoksy/Rice University)
W zakresie szlifowania oferujemy indywidualne dostosowanie. Możemy modyfikować proporcje zgodnie z Twoimi potrzebami, aby osiągnąć najwyższą wydajność.
Zapraszamy do kontaktu, nasi specjaliści odpowiedzą na Twoje pytania.
Jeśli potrzebujesz wyceny, skontaktuj się z nami.
Godziny obsługi klienta: poniedziałek – piątek 09:00-18:00
Numer kontaktowy：07 223 1058
Jeśli masz jakieś pytania, zapraszamy do wysłania wiadomości prywatnej na Facebooku!
Nasza strona na FB：https://www.facebook.com/honwaygroup
Być może zainteresują cię inne artykuły…
[wpb-random-posts]
