그래핀의 성장 – 그리고 우리는 그것을 볼 수 있습니다

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고르지 못한 입자로 만들어진 그래핀 격자 조각. 입자를 하나씩 추적할 수 있기 때문에 입자 규모에서 결함을 연구할 수 있습니다. 이미지: Swinkels et al. CREDIT Swinkels 외

고르지 못한 입자로 만들어진 그래핀 격자 조각. 입자를 하나씩 추적할 수 있기 때문에 입자 규모에서 결함을 연구할 수 있습니다. 이미지: Swinkels et al. 신용 거래
Swinkels 등

요약 :
그래핀은 모든 물질 중에서 가장 강합니다. 또한 열과 전류를 잘 전달하여 우리가 알고 있는 가장 특별하고 다재다능한 소재 중 하나입니다. 이러한 모든 이유로 그래핀의 발견은 2010년에 노벨 물리학상을 수상했습니다. 그러나 재료와 그 사촌의 많은 특성은 여전히 제대로 이해되지 않고 있습니다. 관찰하다. 암스테르담 대학과 뉴욕 대학의 연구팀은 이제 이 문제를 해결할 놀라운 방법을 발견했습니다.

그래핀의 성장 – 우리는 그것을 볼 수 있습니다

암스테르담, 네덜란드 | 게시일: 24년 2023월 XNUMX일

원자 결정의 초박막 단일층으로 구성된 XNUMX차원 물질이 최근 많은 관심을 받고 있다. 이 마땅한 관심은 주로 XNUMX차원 '벌크' 상대물과 매우 다른 특이한 속성 때문입니다. 가장 유명한 대표 물질인 그래핀을 비롯한 많은 XNUMX차원 소재들이 현재 연구실에서 집중적으로 연구되고 있습니다. 아마도 놀랍게도 이러한 재료의 특수한 특성에 결정적인 것은 결함, 즉 결정 구조가 완벽하지 않은 위치입니다. 거기에서 원자층의 정렬된 배열이 교란되고 원자의 배위가 국부적으로 변경됩니다.

원자 시각화
결함이 재료의 특성에 결정적인 영향을 미치고 거의 항상 존재하거나 의도적으로 추가된다는 사실에도 불구하고 결함이 어떻게 형성되고 시간이 지남에 따라 어떻게 진화하는지에 대해서는 많이 알려져 있지 않습니다. 그 이유는 간단합니다. 원자는 너무 작고 직접 따라가기에는 너무 빨리 움직입니다.

그래핀 유사 물질의 결함을 관찰할 수 있도록 하기 위한 노력의 일환으로 UvA-Institute of Physics와 New York University의 연구팀은 원자 그래핀의 마이크로미터 크기 모델을 구축하는 방법을 찾았습니다. 이를 달성하기 위해 소위 '패치 입자'를 사용했습니다. 현미경으로 쉽게 볼 수 있을 만큼 크지만 실제 원자의 많은 특성을 재현할 수 있을 만큼 작은 이러한 입자는 그래핀의 원자와 동일한 배위와 상호 작용하고 동일한 구조를 형성합니다. 연구자들은 모델 시스템을 구축하고 이를 사용하여 결함, 형성 및 시간 경과에 따른 진화에 대한 통찰력을 얻었습니다. 그들의 결과는 이번 주 Nature Communications에 발표되었습니다.

그래핀 구축
그래핀은 잘 알려진 '벌집' 구조로 배열된 세 개의 이웃 탄소 원자로 구성됩니다. 그래핀에 고유한 기계적 및 전자적 특성을 부여하는 것은 바로 이 특별한 구조입니다. 그들의 모델에서 동일한 구조를 달성하기 위해 연구원들은 3-(트리메톡시실릴)프로필(TPM)로 알려진 재료의 더 작은 패치 세 개로 장식된 폴리스티렌으로 만든 작은 입자를 사용했습니다. TPM 패치의 구성은 그래핀 격자에서 탄소 원자의 배위를 모방했습니다. 그런 다음 연구원들은 그래핀의 탄소 원자와 유사하게 입자가 서로 결합을 형성할 수 있도록 패치를 매력적으로 만들었습니다.

몇 시간 동안 그대로 둔 후 현미경으로 관찰했을 때 '모의 탄소' 입자는 실제로 스스로를 벌집 격자로 배열하는 것으로 밝혀졌습니다. 그런 다음 연구원들은 모델 그래핀 격자의 결함을 더 자세히 조사했습니다. 그들은 이 점에서도 모델이 작동한다는 것을 관찰했습니다. 그것은 원자 그래핀에서도 알려진 특징적인 결함 모티프를 보여주었습니다. 실제 그래핀과는 달리 모델의 직접적인 관찰과 긴 형성 시간 덕분에 물리학자들은 이제 형성 초기부터 격자로의 통합까지 이러한 결함을 추적할 수 있었습니다.

예기치 않은 결과
그래핀 유사 물질의 성장에 대한 새로운 시각은 즉시 이러한 XNUMX차원 구조에 대한 새로운 지식으로 이어졌습니다. 예상외로 연구원들은 격자가 아직 형성되지 않은 성장 초기 단계에서 이미 가장 일반적인 유형의 결함이 형성된다는 것을 발견했습니다. 그들은 또한 격자 불일치가 어떻게 다른 결함에 의해 '수리'되어 안정적인 결함 구성으로 이어지는지 관찰했습니다. 이 구성은 유지되거나 보다 완벽한 격자로 더 천천히 치유됩니다.

따라서 모델 시스템은 모든 종류의 응용 분야를 위해 더 큰 규모로 그래핀 격자를 재구성할 수 있을 뿐만 아니라 직접 관찰을 통해 이 등급의 재료에서 원자 역학에 대한 통찰력을 제공합니다. 결함은 모든 원자적으로 얇은 물질의 특성의 중심이기 때문에 모델 시스템에서 이러한 직접 관찰은 예를 들어 초경량 물질과 광학 및 전자 장치의 응용 분야에서 원자 대응물을 추가로 엔지니어링하는 데 도움이 됩니다.

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연락처 :
로라 에르트직크
암스테르담 대학
사무실 : 0031-205-252-695

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