研究人员开发了在原子尺度上处理表面的技术

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制作小孔的艺术

没有人可以通过香蕉打出子弹的方式使皮肤打孔,但香蕉仍然完好无损。但是,在单个原子层的水平上,维也纳维也纳的研究人员现在已经实现了这样的壮举-他们开发了一种纳米结构化方法,利用该方法可以对某些材料层进行非常精确的穿孔,而对其他材料则完全不动,即使弹丸穿透所有层。这在高电荷离子的帮助下成为可能。它们可用于选择性地处理新型2-D材料系统的表面,例如将某些金属锚固在其上,然后用作催化剂。该新方法现已发表在ACS Nano杂志上。

超薄层的新材料

由几个超薄层组成的材料被视为材料研究的一个令人兴奋的新领域。高性能材料的石墨烯,其仅由单个的层的碳原子,在许多新的薄膜材料被用于与有希望的新的属性。

“我们研究了石墨烯和二硫化钼的混合物。两层材料被接触,然后通过弱的范德华力相互粘附,”来自美国维也纳大学应用物理研究所的Janine Schwestka博士说。当前出版物的作者。石墨烯是一种非常好的导体,二硫化钼是一种半导体,这种结合对于新型数据存储设备的生产可能很有趣。”

但是,对于某些应用,材料的几何形状需要在纳米级上进行特定处理,例如,以便通过添加其他类型的原子来改变化学性质或控制表面的光学性质。“对此有不同的方法,” Janine Schwestka解释说。“您可以用电子束或传统的离子束对表面进行修饰。但是,对于两层系统,始终存在这样的问题:即使仅假设其中一层,电子束也会同时影响两层被修改。


两种能量。

当使用离子束处理表面时,通常是离子冲击力会影响材料。但是,在维也纳理工大学,使用了相对较慢的离子,这些离子被多重充电。“这里必须区分两种不同形式的能量,”理查德·威廉说。“一方面,存在动能,这取决于离子撞击表面的速度。另一方面,存在势能,其由离子的电荷决定。离子束中,动能起决定性作用,但对我们而言,势能特别重要。”

这两种形式的能量之间存在重要的区别:当穿透层系统时,两个材料层都释放了动能,但势能在层之间的分布可能非常不均匀:“二硫化钼对高能层的反应非常强烈。带电的离子。”理查德·威廉说。“到达该层的单个离子可以从该层中去除数十个或数百个原子。剩下的只是一个空穴,在电子显微镜下可以很清楚地看到。” 石墨烯层,在另一方面,弹丸击中随即,仍保持不变:大多数潜在的能量已被释放。

也可以颠倒相同的实验,以使高电荷离子首先撞击石墨烯,然后才撞击二硫化钼层。在这种情况下,两层都完好无损:石墨烯为离子提供了必要的电子,以在极短的时间内将其电中和。石墨烯中电子的迁移率非常高,以至于冲击点也立即“冷却”。离子穿过石墨烯层而不会留下永久痕迹。此后,它不再会对二硫化钼层造成太大损害。

理查德·威廉说:“这为我们提供了一种极好的新方法,可以有针对性地处理曲面。” “我们可以在表面上添加纳米孔而不会损坏下方的基材。这使我们能够创建以前不可能的几何结构。” 以这种方式,有可能完全按照要求从二硫化钼制成“掩膜”,然后将某些金属原子沉积在其上。这为控制表面的化学,电子和光学性质开辟了全新的可能性。



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