全世界對石墨烯等薄原子材料研究的熱情

全世界對石墨烯等薄原子材料研究的熱情


在全球?qū)κ┑仍颖〔牧系目駸嶂?，一個領(lǐng)域沒有系統(tǒng)的分析——盡管這一信息對于許多潛在的應(yīng)用至關(guān)重要，包括海水淡化、DNA測序、量子通信設(shè)備和計算系統(tǒng)。

麻省理工學(xué)院的研究人員現(xiàn)在通過創(chuàng)建一個精確尺寸和形狀的目錄來解決這個問題，當(dāng)從原子晶格中移除一定數(shù)量的原子時，最有可能被觀察到（理論上更可行）。研究生Ananth Govind Rajan、化學(xué)工程教授Daniel Blankschtein和M.在麻省理工學(xué)院、洛克希德馬丁空間學(xué)院和牛津大學(xué)的《自然材料雜志》上發(fā)表了另外四篇論文。

Strano說，這是石墨烯領(lǐng)域中一個長期存在的問題，我們稱之為具有納米孔的同分異構(gòu)體的分類。他說，對于那些想使用石墨烯或類似的二維片狀材料進(jìn)行化學(xué)分離或過濾應(yīng)用的人來說，我們只需要了解可能存在的原子缺陷的類型，我們已經(jīng)知道了。從來沒有見過比這更多的人。

例如，布蘭克施泰因指出，從石墨烯的六角形雞絲陣列中只移除八個連續(xù)的碳原子，所產(chǎn)生的孔可能有66個不同的可能形狀。當(dāng)移除的原子數(shù)量增加到12個時，可能形狀的數(shù)量跳到3226個，移除的原子30個，可能有4000億個。事實上，這些形狀中只有少數(shù)是被發(fā)現(xiàn)的，因此預(yù)測實際發(fā)生的形狀的能力對于研究人員來說是非常有用的。

Strano說，事實上，由于缺乏關(guān)于哪些洞是真正形成的信息，所以它是這樣做的，因為它將你模擬的東西與實驗室中實際可測量的東西斷開。他說，這個實際可能形狀的新目錄將使為特定目的搜索材料更容易管理。

Strano說，分析的能力取決于許多以前沒有的工具。10年前你還不能解決這個問題。但是現(xiàn)在，研究人員利用化學(xué)圖論、精確的電子結(jié)構(gòu)計算和高分辨率掃描電子顯微鏡等工具，捕捉到了顯示單個原子

研究小組稱這些空穴為晶格反分子，并根據(jù)被移除的原子的形狀來描述它們。這是第一次，這種方法為描述這些復(fù)雜形狀的整個集合提供了一個簡單而連貫的框架。Govind Rajan說，在過去，如果你談?wù)摰氖遣牧现械目?，那么他補(bǔ)充道：沒有辦法識別出具體的孔。一旦人們開始更頻繁地制造這些孔，最好有一個命名約定來識別它們。

Strano解釋說，這個新目錄有助于打開潛在的應(yīng)用程序。缺陷是好的和壞的。有時你想阻止它們，因為它們削弱了材料，但有時你想制造它們并控制它們的大小和形狀，例如過濾、化學(xué)處理或DNA測序，只有特定的分子才能通過另一個應(yīng)用可能是量子計算或通信設(shè)備，在這些設(shè)備中，特定大小和形狀的孔被調(diào)整為發(fā)射特定顏色和能級的光子。

Govind Rajan說，除了對材料的機(jī)械性能有影響外，空穴還影響電子、磁性和光學(xué)性能。

Strano預(yù)測這項工作將是研究二維材料缺陷的一個有價值的工具，因為它將使研究人員能夠找到有前途的缺陷類型，而無需根據(jù)理論上可能出現(xiàn)的無數(shù)形狀對其進(jìn)行分類，這些形狀是不可能形成的。

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