确定石墨烯片的魔术扭曲角

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确定石墨烯片的魔术扭曲角

扭曲双层石墨烯的原子构型。图片提供:伊利诺伊大学香槟分校

石墨烯的强度是钢的200倍,重量轻了六倍。仅这些特性就使其成为制造中的流行材料。伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的研究人员最近发现了可以使工业受益的石墨烯片的更多特性。

博士生Soumendu Bagchi及其航空航天工程学系的Huck Beng Chew与机械科学与工程学院的Harley Johnson合作,确定了扭曲石墨烯片的性能及其在不同尺寸和温度下的稳定性

Bagchi说:“我们将注意力集中在两个石墨烯片上,它们彼此堆叠,但具有扭转角。” “我们在不同温度下针对不同尺寸的石墨烯片进行了原子模拟。利用这些模拟的见解,我们开发了一种分析模型-您可以插入任何片大小,任何扭转角,并且该模型将预测局部稳定状态的数量它具有达到每个状态所需的临界温度。”

Bagchi解释说,双层石墨烯以未扭曲的伯纳尔堆叠构型存在,这也是结晶六角形石墨的重复堆叠顺序。当双层石墨烯被扭曲时,它希望解扭回到其原始状态,因为这是原子最稳定的状态和位置。

“当扭曲的原子结构被加热时,它倾向于向后旋转,但是在某些特定的温度下,在一定的魔术扭曲角下,该结构仍保持稳定。而且,还存在尺寸依赖性。我们的工作令人兴奋的是,根据石墨烯片的尺寸,我们可以预测您将拥有多少个稳定状态,这些稳定状态下的魔术扭曲角,以及扭曲的石墨烯从一种稳定状态转变为另一种稳定状态所需的温度范围,”巴吉说。

根据Chew的说法,制造商一直在尝试制造石墨烯晶体管,并且已知扭曲的石墨烯双层具有令人兴奋的电子性能。在制造这些石墨烯晶体管时,重要的是要知道什么温度将激发材料以实现一定的旋转或机械响应。

“他们已经知道石墨烯片具有某些电子特性,并且以一定的角度添加第二片会产生新的独特特性。但是单个原子片并不容易操作。从根本上说,这项研究回答了关于扭曲石墨烯片如何表现的问题。在热载荷作用下,并提供了对原子级自对准机制和作用力的见解,这可能为制造商实现对二维材料结构的扭曲角的精细控制铺平了道路,他们可以直接将参数插入模型,以了解达到特定扭曲状态所需的必要条件。”

Bagchi说没有人研究过这种材料的2D特性。这是一项非常基础的研究,并且在他遇到一些不寻常的事情时就开始于另一个项目。

“他注意到石墨烯片表现出一定的温度依赖性,” Chew说。“我们想知道为什么它会表现出这种方式-不像普通材料那样。

“在普通材料中,界面通常非常坚固。对于石墨烯,界面非常脆弱,导致层无法滑动和旋转。没有计划观察这种有趣的温度依赖性。这是科学发现的美。”



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