Монослойный аморфный углерод (МАУ): рождение революционных материалов на основе углерода

Материаловедение совершило прорыв — появился новый материал на основе углерода — «Монослойный аморфный углерод» (МАУ). Материал был разработан совместно учеными из Национального университета Сингапура (НУС) и Университета Райса и привлек широкое внимание в академическом сообществе благодаря своей исключительной прочности и прочности.

Дилемма прочности и хрупкости

Даже самые прочные материалы имеют тенденцию трескаться под давлением, и эту проблему уже давно пытаются решить материаловеды. Несмотря на то, что графен обладает чрезвычайно высокой прочностью, из-за своей хрупкости при появлении трещин они быстро расширяются и вызывают разрушение конструкции, что ограничивает его практическое применение.

Прочность и хрупкость Уникальная структура MAC: задача сочетания прочности и вязкости

Открытие МАК успешно разрешило противоречие между силой и выносливостью. Как и графен, МАК также является двумерным материалом толщиной в один атом. Однако, в отличие от графена, МАК не является полностью кристаллическим, а представляет собой композитный материал, состоящий из переплетенных кристаллических и аморфных областей. Эта особая структура не только сохраняет высокую прочность графена, но и придает ему в восемь раз большую прочность, чем у графена. Именно эта композитная структура придает MAC его уникальную прочность, что позволяет предположить, что композитный подход к проектированию может быть эффективным способом снижения хрупкости двумерных материалов.

«Эта уникальная структура эффективно подавляет распространение трещин, позволяя материалу поглощать больше энергии перед разрушением», — сказал Бонгки Шин, аспирант Университета Райса по специальности «Материаловедение и наноинженерия» и ведущий автор исследования.

Расширение возможностей применения двумерных материалов

Благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам двумерные материалы имеют широкие перспективы применения в электронных изделиях, накопителях энергии, датчиках и носимых устройствах. Однако его присущая хрупкость остается серьезным препятствием для его практического применения.

Чтобы преодолеть эту проблему, ученые предложили две стратегии ужесточения:

Внешнее упрочнение – добавление в пленку армирующих наноструктур.

Внутренняя закалка — повышение прочности за счет изменения внутренней структуры материала.

Структура MAC представляет собой идеальную эталонную модель для изучения вязкости разрушения нанокомпозитов, демонстрируя осуществимость стратегии внутреннего упрочнения.

Научная проверка и будущее развитие

Исследователи использовали сканирующий электронный микроскоп для проведения испытаний на растяжение in situ, чтобы наблюдать за образованием и распространением трещин в МАС в режиме реального времени. В то же время группа Маркуса Бюлера из Массачусетского технологического института (MIT) использовала моделирование молекулярной динамики для анализа на атомном уровне того, как смешивание кристаллических и аморфных областей влияет на энергию разрушения материала.

«Синтезировать и визуализировать сверхтонкие неупорядоченные материалы на атомном уровне чрезвычайно сложно, и в прошлом это было труднодостижимо», — сказал Имо Хан, доцент кафедры материаловедения и наноинженерии в Университете Райса и один из авторов исследования. «Благодаря достижениям в области синтеза наноматериалов и визуализации с высоким разрешением мы нашли новый способ значительного повышения прочности двумерных материалов без необходимости использования дополнительных слоев».

Результаты исследования опубликованы в международном академическом журнале Matter, открывая новые возможности для проектирования и применения двумерных материалов в будущем. Это открытие не только обеспечивает эффективную стратегию преодоления хрупкости материалов, но и закладывает основу для разработки высокопроизводительных электронных компонентов, гибких устройств и современных датчиков.

Список литературы

• Разработан революционный двумерный материал «однослойный аморфный углерод», прочность которого в восемь раз превышает прочность графена
• A New Carbon Super-Material Is 8x Tougher Than Graphene
• «Внутреннее упрочнение монослойных аморфных углеродных нанокомпозитов» Бонгки Шин, Бо Ни, Чи-Тат То, Дуг Штайнбах, Чжэньцзе Янг, Лукас М. Сасси, Цин Ай, Кандий Ню, Цзюньхао Линь, Казу Суэнага, Имо Хан, Маркус Дж. Бюлер, Марку, Хьяал 395, 75, 25. DOI: 10.1016/j.matt.2025.102000

(Источник: Густаво Раскокси/Университет Райса)

Что касается измельчения, мы предлагаем индивидуальные настройки и можем регулировать соотношение в соответствии с требованиями обработки для достижения максимальной эффективности.

Добро пожаловать, свяжитесь с нами, у нас есть кто-то, кто ответит на ваши вопросы.

Если вам нужна индивидуальная расценка, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Часы работы службы поддержки клиентов: с понедельника по пятницу с 09:00 до 18:00.

Тел: 07 223 1058

Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, на которые вы не смогли ответить по телефону, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение на Facebook~~

Фейсбук Хоневэй: https://www.facebook.com/honwaygroup

Вас также может заинтересовать…