Автор AZoNano 16 декабря 2020 г.

Вы должны присмотреться, но холмы изобилуют силой ван дер Валлса.

Ученые из Университета Райса обнаружили, что вездесущей «слабой» силы природы достаточно, чтобы вдавить жесткие нанолисты, расширяя их возможности для использования в наноразмерной оптике или каталитических системах.

Изменение формы наноразмерных частиц меняет их электромагнитные свойства, – сказал Мэтт Джонс, доцент химии Нормана и Джина Хакерман, доцент кафедры материаловедения и наноинженерии. Это требует дальнейшего изучения этого явления.

«Людей волнует форма частиц, потому что она меняет свои оптические свойства», – сказал Джонс. « Это совершенно новый способ изменения формы частицы»

Джонс и аспирантка Сара Рен руководили исследованием в Nano Letters Американского химического общества.

Ван-дер-Ваальс – это слабая сила, которая позволяет нейтральным молекулам притягиваться друг к другу через беспорядочно колеблющиеся диполи в зависимости от расстояния. Несмотря на небольшие размеры, его эффекты можно увидеть в макромире, например, когда гекконы поднимаются по стенам.

« Силы Ван-дер-Ваальса есть повсюду, и, по сути, на наномасштабе все липкое, », – сказал Джонс. « Когда вы кладете большую плоскую частицу на большую плоскую поверхность, возникает много контакта, и этого достаточно, чтобы навсегда деформировать частицу, которая действительно тонкая и гибкая».

В новом исследовании команда Райса решила посмотреть, можно ли использовать силу для манипулирования пластинами пластичного серебра толщиной 8 нанометров.

После того, как математическая модель показала им, что это возможно, они разместили на поверхности наносферы оксида железа шириной 15 нанометров и насыпали поверх них нанолисты призматической формы.

Не применяя никакой другой силы, они увидели в просвечивающий электронный микроскоп, что нанолисты приобрели постоянные неровности там, где их раньше не было, прямо на поверхности сфер.

Согласно измерениям, искажения были примерно в 10 раз больше, чем ширина сфер.

Холмы были не очень высокими, но моделирование подтвердило, что притяжения Ван-дер-Ваальса между листом и подложкой, окружающей сферы, было достаточно, чтобы повлиять на пластичность кристаллической атомной решетки серебра.

Они также показали, что такой же эффект будет иметь место в нанолистах диоксида кремния и селенида кадмия и, возможно, других соединений.

« Мы пытались сделать действительно тонкие и большие серебряные нанопластинки, и когда мы начали делать снимки, мы увидели эти странные шестикратные узоры, похожие на цветы », – сказал Джонс, получивший многолетний доход. Packard Fellowship в 2018 году для разработки передовых методов микроскопии.

«Это не имело никакого смысла, но в конце концов мы выяснили, что пластина была накинута на маленький комок мусора, создавая напряжение», он сказал. «Мы не думали, что это кто-то исследовал, поэтому решили взглянуть.

«Все сводится к тому, что когда вы делаете частицу действительно тонкой, она становится действительно гибкой, даже если это твердый металл, », – сказал Джонс.

В дальнейших экспериментах исследователи увидели, что наносферы можно использовать для управления формой деформации, от одиночных гребней, когда две сферы находятся рядом, до седловидной формы или отдельных выступов, когда сферы находятся дальше друг от друга.

Они определили, что листы толщиной менее 10 нанометров и с соотношением сторон около 100 наиболее подвержены деформации.

Исследователи отметили, что их метод создает «новый класс криволинейных структур на основе топографии подложки» которые « будет трудно создать литографически». Это открывает новые возможности для электромагнитных устройств. которые особенно актуальны для нанофотонных исследований.

Напряжение кристаллической решетки серебра также превращает инертный металл в возможный катализатор, создавая дефекты, в которых могут происходить химические реакции.

«Это становится захватывающим, потому что сейчас большинство людей создают такие метаматериалы с помощью литографии», – сказал Джонс. " Это действительно мощный инструмент, но как только вы используете его для моделирования своего металла, вы уже никогда не сможете его изменить.

«Теперь у нас есть возможность, возможно, когда-нибудь создать материал с одним набором свойств, а затем изменить его, деформируя», – сказал он . « Поскольку силы, необходимые для этого, так малы, мы надеемся найти способ переключаться между ними»

Соавторами статьи являются аспирант Теодор Джеррард-Андерсон, исследователи с докторской степенью Лян Цяо и Цин Чжу, а также Джефф Вемейер, доцент кафедры машиностроения.

Исследование поддержали Фонд Роберта А. Велча, Фонд Дэвида и Люсиль Паккард и Национальный научный фонд.

Источник: https://www.rice.edu/