Iš kaukės pašalintas neįtikėtinas šešiakampio boro nitrido stiprumas. – Tai, ką matėme, yra nuostabu.

Nuskaitymo elektronų mikroskopo vaizde pavaizduoti šakoti įtrūkimai viename 2D šešiakampio boro nitrido (h-BN) kristale. Rice’o universiteto և Nanyango technologijos universiteto eksperimentai ir skaičiavimo modeliai parodė, kad h-BN tinklo asimetrija leidžia atsekti plyšius išsišakojusiais keliais, o tai efektyviai sukietina 2D medžiagą, todėl įtrūkimams sunkiau plisti. Paskola Louis / Rice universiteto vaizdas

2D medžiaga priešinasi senų senovės lūžių mechanikos teorijos įtrūkimams ir aprašymams.

Tai oficialu. Šešiakampis boro nitridas (h-BN) yra dvimatis žmogus, pagamintas iš 2D medžiagų, toks atsparus lūžiams, kad prieštarauja šimtmečių senumo teoriniam aprašymui, kurį inžinieriai vis dar naudoja standumui matuoti.

„Tai, ką matėme šiame straipsnyje, yra nepaprasta“, – sakė Ryžių universiteto žurnalistas Junas Un Lu. Gamta: šią savaitę išleistas popierius. „Niekas nesitikėjo, kad tai matys 2D. Todėl tai taip jaudina “.

Lun paaiškinimo reikšmė paaiškina h-BN lūžių standumą, palyginti su geriau žinomu pusbroliu grafenasStruktūriškai grafenas և h-BN yra beveik identiški. Kiekvieno atomai yra išdėstyti plokščiame tinklelyje, sujungtame šešiakampiuose. Grafene visi atomai yra anglis, o h-BN kiekviename šešiakampyje yra trys azoto և trys boro atomai.

Vidinis kietėjimas h-BN

Kompiuterinis modeliavimas Nanyango technologijos universitete Singapūre padėjo paaiškinti netikėtų 2D šešiakampių boro nitrido lūžių stiprumą. Vidinis medžiagos stiprumas atsiranda dėl mažų jos atomų struktūros asimetrijų (kairėje), dėl kurių nuolat atsiranda tendencija įtrūkimams judėti išsišakojusiais keliais (dešinėje). Paskola H. Gao / NTU atvaizdas

Grafeno angliavandenilių ir anglies ryšiai yra stipriausi gamtoje, todėl grafenas turėtų būti sunkiausias dalykas pasaulyje. Bet yra medžioklė. Net jei keli atomai nėra tinkami, grafeno veikimas gali būti neįprastai vidutiniškas. Lu teigė, kad realiame pasaulyje jokia medžiaga nėra tobula, todėl inžinerijoje labai svarbu atsparumas įtrūkimams ar įtrūkimams. Jame aprašoma, už kokią bausmę gali patekti nekilnojamasis turtas, kol nepavyks.

“Mes matavome grafeno lūžio stiprumą prieš septynerius metus. Tai nėra labai atsparus lūžiams”, – sakė Lu. “Jei tinklelyje yra įtrūkimų, maža apkrova tą medžiagą tiesiog sulaužys”.

Trumpai tariant, grafenas yra trapus. 1921 m. Britų inžinierius AA Griffithas paskelbė lūžių mechanikos teorijos seminarą, kuriame aprašyta trapių medžiagų skaidymas. Griffitho darbe buvo aprašytas plyšio dydžio ir jėgos, reikalingos plyšiui padidinti, santykis.

Birželis ir Lu և Boyu pakabinkite ang

Ryžių universiteto medžiagų mokslininkas Junas ir Loonas (kairėje) և Berniuko pakabinimas parodė, kad 2D šešiakampis boro nitridas yra stebėtinai atsparus įtrūkimams. Paskola Eff Fitlow / Ryžių universiteto nuotr

2014 m. Louiso tyrimas parodė, kad grafeno lūžių stiprumą galima paaiškinti Griffitho laiko patikrinta priemone. Atsižvelgiant į h-BN struktūrinį panašumą į grafeną, tikėtasi, kad jis bus trapus.

Taip nėra. Šešiakampio boro nitrido atsparumas lūžiams yra maždaug 10 kartų didesnis nei grafeno. H h-BN elgesys atliekant lūžių bandymus buvo toks netikėtas, kad nepaisė aprašymo pagal Griffitho formulę. Parodydamas tiksliai, kaip jaučiasi, և kodėl užtruko daugiau nei 1000 valandų eksperimentų Rice Louis laboratorijoje? Եւ Ne mažiau sunkus teorinis darbas, vadovaujamas Huangiano Gao iš Nanyango technologijos universiteto (NTU) Singapūre.

„Šį darbą jaudina tai, kad jis atskleidžia vidinio sukietėjimo mechanizmą tariamai tobuloje trapioje medžiagoje“, – sakė Gao. – Matyt, net Griffithas negalėjo numatyti tokio drastiškai skirtingo dviejų trapių medžiagų, turinčių panašią atominę struktūrą, lūžių elgesio “.

Šešiakampis boro nitridas

Grafene և šešiakampiai boro nitrido (h-BN) atomai yra išdėstyti tolygiai sujungtų šešiakampių tinkle. Grafene visi atomai yra anglis. Kiekviename H-BN šešiakampyje yra trys azoto և trys boro atomai. Paskola Ryžių universiteto vaizdas

Lu, Gaonas և ir jo kolegos pastebėjo labai skirtingą materialų elgesį su maža asimetrija, atsirandančia dėl to, kad h-BN turi du elementus, o ne vieną.

„Boras ir azotas nėra tas pats, todėl nors ir turite šį šešiakampį, jis dėl šio asimetrinio išdėstymo neatrodo kaip anglies šešiakampis (grafenas)“, – sakė Looney.

Jis teigė, kad teorinio aprašymo detalės yra sudėtingos, tačiau h-BN įtrūkimai linkę išsišakoti. Grafene plyšio kraštas praeina tiesiai per medžiagą, atverdamas jungtis kaip užtrauktukas. Bet h-BN gardelės asimetrija sukuria „dichotomiją“, kurioje gali formuotis šakos.

„Jei įtrūkimas yra išsišakojęs, tai reiškia, kad jis virsta“, – sakė Lu. „Jei turite šį lūžio tašką, iš esmės tam reikia papildomos energijos, kad įveiktumėte plyšį toliau. Taigi jūs efektyviai sutvirtinote savo medžiagą, todėl žymiai sunkiau išskleisti plyšį “.

Birželis Un Lu:

Birželio ir Lou paskolos. Eff Fitlow / Ryžių universiteto nuotr

Gao pasakė. “Vidinio tinklo asimetrija suteikia h-BN nuolatinį polinkį motoriniam įtrūkimui išsišakoti nuo savo kelio, kaip slidininkas, praradęs sugebėjimą išlaikyti subalansuotą laikyseną.”

Šešiakampis boro nitridas jau yra labai svarbi medžiaga kitoms 2D elektronikos programoms պատճառով dėl atsparumo karščiui, cheminio stabilumo ir dielektrinių savybių, kurios leidžia tarnauti ir kaip pagalbinė bazė, ir kaip izoliacinis sluoksnis tarp elektroninių komponentų. Lu sakė, kad dėl nuostabaus h-BN stiprumo tai gali būti idealus variantas pridėti lankstų elektroninį atsparumą plyšimams, pagamintus iš 2D medžiagų, kurios yra trapios.

„2D pagrindu sukurta elektronikos niša yra lankstus įrenginys“, – sakė Lu.

Be tokių programų kaip elektroninė tekstilė, 2D elektronika yra pakankamai plona egzotiškesnėms programoms, tokioms kaip elektroninės tatuiruotės ir implantai, kuriuos galima tiesiogiai pritvirtinti prie smegenų.

Boyu pakabink ang

Boyu pakabinkite kreditą. Eff Fitlow / Ryžių universiteto nuotr

„Tokio tipo konfigūracijai reikia įsitikinti, kad ją sukant medžiaga yra mechaniškai tvirta“, – sakė Lu. “Tai, kad h-BN yra toks lūžis, yra puiki naujiena 2D elektronikos bendruomenei, nes ji gali naudoti šią medžiagą kaip labai efektyvų apsauginį sluoksnį.”

Gao sako, kad išvados gali parodyti naują būdą pagaminti standžias mechanines medžiagas per inžinerinę konstrukcijos asimetriją.

„Lūžio esant labai degiai apkrovai gali būti neišvengiama, tačiau jo katastrofiškas pasekmes galima sušvelninti konstrukciniu projektu“, – sakė Gao.

Loonas yra medžiagų mokslų katedros ir nanotechnologijų asociacijos profesorius, taip pat ryžių chemijos profesorius. Jis yra išskirtinis Gao universiteto profesorius tiek NTU inžinerijos, tiek mokslo mokyklose.

Bendraautoriai su „Rice“ yra Yingchao Yang, dabar Chao Wang, Meino universiteto docentas, ir Boyu Zang iš Harbino technologijos instituto Kinijoje. Kiti bendraautoriai yra Bo Boone’as iš Browno universiteto. Xiaoyan Lin iš Ts Inhua universiteto Kinijoje; Kinijos mokslų akademija Guangyuan Lu, Qinghua Zhang, Lin Gu և Xiaoming Xie; Zhigong Song ում iš Singapūro mokslo, technologijų, tyrimų agentūros, anksčiau buvusios Tsinghua, Brown.

Nuoroda. 2021 m Birželio 2 d. Gamta:,
DOI: 10.1038 / s41586-021-03488-1:

Apklausą atliko Energetikos departamentas (DE-SC0018193), o modeliavimas buvo atliktas naudojant Nacionalinio mokslo fondo Aukščiausio mokslo ir inžinerijos aptikimo centro (MSS090046) Browno universiteto skaičiavimo centre pateiktus išteklius.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Naujasis „Ultrathin Liquid Liquid Crystal Metalens“ siūlo elektrinį padidinimą

Cornell հայ „Samsung“ inžinierių sukurtas ultragarso, elektra valdomų metalų konceptualus perteikimas. Paskola Danieliui Schilkinui Kornelio taikomosios inžinerijos mokyklos tyrėjai's „Samsung“ pirmaujantis technologijų institutas sukūrė...

Naujos keistų, išnykusių driežų rūšys – tokios keistos, kad buvo neteisingai identifikuotos kaip dinozauras su kolibriu

„Oculudentavis naga“, kaip pavaizduota šio menininko rekonstrukcijoje, buvo keistas driežas, kurį tyrėjai iš pradžių sunkiai skirstė į kategorijas. Jie vis dar nėra tikri...

Kavos mėgėjai, mėgaukitės! Gausus kavos vartojimas susijęs su sumažėjusia širdies nepakankamumo rizika

Tyrimo ataskaita: Išanalizavus tris pagrindinius širdies ligų tyrimus nustatyta, kad geriant vieną ar daugiau kavos su kofeinu puodelių buvo sumažinta širdies nepakankamumo rizika. Kavos be kofeino...

Atominė dalelė paversta antiteze ir pirmą kartą atvirkštinė nepaprasto eksperimento metu.

Fizikų komanda, įskaitant Warwick universitetą, įrodė, kad subatominės dalelės gali virsti ego antagonistais ir vėl grįžti į naują atradimą, ką tik atskleistą praėjusią savaitę. „Šis...

36 Nykštukų galaktikos kartu buvo „Naujųjų žvaigždžių kūdikių bumas“

„Rutgers“ išvados nėra skirtos ginčyti dabartinių idėjų apie galaktikų atsiradimą ir gali padidinti mūsų supratimą apie visatą. Kreditas: Rutgerso universitetas, Naujasis Bransvikas Stebina tai, kaip...

Newsletter

Subscribe to stay updated.