Автор AZoNano 26 мая 2021 г.

]

Ультратонкий материал графен определяется его чрезвычайно малым модулем изгиба – сверхтонкостью.

Ученые из Нанонаучного центра Университета Ювяскюля продемонстрировали, что новый экспериментальный метод, известный как оптическая ковка, может сделать графен чрезвычайно жестким и повысить его жесткость на много порядков. Исследование было опубликовано в журнале npj 2D Materials and Applications в мае 2021 года.

Графен – атомарно тонкий углеродный материал – обладает исключительными свойствами, такими как высокая оптическая прозрачность, отличная теплопроводность и большая подвижность носителей заряда.

Прочность на разрыв и непроницаемость графена в 200 раз выше, чем у стали, что делает его хорошо подходящим для наномеханических применений. Но, к сожалению, исключительная непрочность графена делает любые трехмерные структуры заведомо трудными и нестабильными для изготовления.

Но теперь эти проблемы могут быть решены, потому что группа исследователей из Нанонаучного центра Университета Ювяскюля показала, как графен можно сделать чрезвычайно жестким с помощью специально разработанной лазерной обработки. Этот процесс повышения жесткости открывает путь к совершенно новым областям применения графена.

Ранее та же группа исследователей подготовила трехмерные графеновые структуры с помощью импульсной фемтосекундной лазерной техники формирования рисунка, известной как оптическая ковка. Это лазерное облучение создает дефекты в решетке графена, что, следовательно, расширяет решетку и приводит к стабильным трехмерным структурам.

В этом случае исследователи применили оптическую ковку для изменения однослойной графеновой мембраны, которая подвешена подобно обшивке барабана, а затем количественно определили ее механические характеристики с помощью наноиндентирования.

Измерения показали, что графен имел повышенную жесткость на изгиб на пять порядков по сравнению с чистым графеном, что на самом деле является новым мировым рекордом.

Сначала мы даже не осознавали наших результатов. Потребовалось время, чтобы понять, что на самом деле сделала оптическая ковка для графена. Однако постепенно мы начали осознавать всю серьезность последствий .

Д-р. Андреас Йоханссон, Университет Ювяскюля

Доктор Йоханссон возглавлял исследование по определению характеристик оптически кованного графена.

Укрепленный графен открывает возможности для новых приложений

Исследование показало, что повышенная жесткость на изгиб является результатом оптической ковки за счет инженерных гофр в графеновом слое.

В рамках анализа команда провела моделирование упругости тонких листов гофрированных графеновых мембран и продемонстрировала, что усиление жесткости происходит как на нано-, так и на микромасштабах на уровне индуцированных дефектов в решетке графена.

Общий механизм ясен, но раскрытие всех атомистических деталей создания дефектов все еще требует дальнейших исследований .

Пекка Коскинен, профессор Университета Ювяскюля

Моделирование было выполнено профессором Коскиненом.

Укрепленный графен открывает путь для многих инновационных приложений, таких как использование механической резонансной частоты графеновых мембранных резонаторов до режима ГГц или изготовление структур микроэлектромеханических каркасов.

Поскольку графен непроницаемый, прочный и легкий, одна из возможностей заключается в применении оптической ковки к чешуйкам графена для создания клеточных структур микрометрового размера для внутривенной транспортировки лекарств.

Метод оптической ковки особенно эффективен, потому что он позволяет напрямую записывать элементы усиленного графена именно в тех местах, где вы хотите их .

Мика Петтерссон, профессор Университета Ювяскюля

Профессор Петтерссон руководил разработкой новейшего метода.

« Нашим следующим шагом будет расширение нашего воображения, поиграться с оптической ковкой и посмотреть, какие графеновые устройства мы можем сделать », – заключил профессор Петтерссон.

Ссылка на журнал:

Хилтунен, В.-М., и др. . (2021) Ультрачёсткий графен. npj 2D-материалы и приложения . doi.org/10.1038/s41699-021-00232-1.

Источник: https://www.jyu.fi/en/[19459008visible