Los investigadores de la Universidad de Rice han aprendido a manipular materiales bidimensionales para diseñar defectos que mejoren las propiedades de los materiales.
El laboratorio de Rice del físico teórico Boris Yakobson y sus colegas del Laboratorio Nacional de Oak Ridge están combinando la teoría y la experimentación para demostrar que es posible dar defectos específicos de materiales 2-D, especialmente costuras a escala atómica llamadas límites de grano. Estos límites pueden usarse paramejorar las propiedades electrónicas, magnéticas, mecánicas, catalíticas y ópticas de los materiales.
La clave es introducir una curvatura en el paisaje que restringe la forma en que se propagan los defectos. Los investigadores llaman a esto "topología de límite de inclinación del grano", y lo logran haciendo crecer sus materiales sobre un sustrato curvado topográficamente, en este caso, un cono.El ángulo del cono dicta si, de qué tipo y dónde aparecen los límites.
La investigación es el tema de un artículo en la revista American Chemical Society ACS Nano .
Los límites de grano son los bordes que aparecen en un material donde los bordes se encuentran en una falta de coincidencia. Estos límites son una serie de defectos; por ejemplo, cuando dos láminas de grafeno hexagonal se encuentran en ángulo, los átomos de carbono lo compensan formando formas no hexagonalescinco o siete miembros anillos.
Yakobson y su equipo ya han demostrado que estos límites pueden ser electrónicamente significativos. Por ejemplo, pueden convertir el grafeno perfectamente conductor en un semiconductor. En algunos casos, el límite en sí mismo puede ser un cable de subnanoscala conductivo o adquirir propiedades magnéticas.
Pero hasta ahora los investigadores tenían poco control sobre dónde aparecerían esos límites al cultivar grafeno, disulfuro de molibdeno u otros materiales bidimensionales por deposición química de vapor.
La teoría desarrollada en Rice mostró que el crecimiento del material bidimensional en un cono forzaría la aparición de los límites en ciertos lugares. El ancho del cono controlaba la colocación y, lo que es más importante, el ángulo de inclinación, un parámetro crucial para ajustar los materiales'propiedades electrónicas y magnéticas, dijo Yakobson.
Los colaboradores experimentales de Oak Ridge dirigidos por el coautor David Geohegan proporcionaron evidencia que respalda aspectos clave de la teoría. Lo lograron al cultivar disulfuro de tungsteno en pequeños conos similares a los de los modelos de computadora de Rice. Los límites que aparecían en los materiales reales coincidíanlos predichos por la teoría.
"La forma no plana del sustrato obliga al cristal 2-D a crecer en un espacio curvo 'no euclidiano'", dijo Yakobson. "Esto tensiona el cristal, que ocasionalmente cede al dar paso a las costuras o al granolímites. No es diferente de la forma en que un sastre agregaría una costura a un traje o vestido para adaptarse a un cliente curvilíneo ".
Los conos de modelado de diferentes anchos también revelaron un "cono mágico" de 38.9 grados sobre el cual cultivar un material 2-D no dejaría ningún límite de grano.
El equipo de Rice extendió su teoría para ver qué sucedería si los conos se sentaran en un avión. Predijeron cómo se formarían los límites de grano en toda la superficie, y nuevamente, los experimentos de Oak Ridge confirmaron sus resultados.
Yakobson dijo que los equipos de Rice y Oak Ridge estaban trabajando en aspectos de la investigación de forma independiente. "Fue lento hasta que nos reunimos en una conferencia en Florida hace un par de años y nos dimos cuenta de que debíamos continuar juntos", dijo."Ciertamente fue gratificante ver cómo los experimentos confirmaron los modelos, mientras que a veces ofrecían sorpresas importantes. Ahora tenemos que hacer el trabajo adicional para comprenderlos también".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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