麻省理工学院研究人员对石墨烯缺陷进行了编目

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麻省理工学院的研究人员已经制作了一个目录,其中列出了当从原子晶格中移除一定数量的原子时最可能观察到的缺陷和孔的确切尺寸和形状(与理论上可能的更多相反)。麻省理工学院的团队与洛克希德马丁太空和牛津大学的研究人员合作完成了这个项目。

MIT develops graphene defects catalog image

麻省理工学院开发了石墨烯缺陷目录图像,研究人员确定,石墨烯中六原子空位缺陷可以有12种不同的形式


“这是石墨烯领域长期存在的问题,我们称之为纳米孔的异构体编目问题,”麻省理工学院的Michael Strano说。 “对于那些想要使用石墨烯或类似的二维片状材料进行化学分离或过滤等应用的人来说,”他说,“我们只需要了解可能发生的各种原子缺陷”,与之相比从未见过的更大数字“。


该团队解释说,例如,通过从石墨烯中的六角形鸡丝状原子阵列中仅去除八个连续的碳原子,所产生的孔可能具有66种不同的可能形状。当移除的原子数增加到12时,可能形状的数量跃升至3,226,并且移除30个原子,有4000亿种可能性 - 远远超出任何合理的模拟和分析可能性。然而实际上只有少数这些形状被发现,因此预测哪些形状真正发生的能力对研究人员来说非常有用。


斯特拉诺说,由于缺乏关于实际可能形成哪种孔的信息,“实际上,它的作用是将您可以用计算机模拟的内容与实验室中实际测量的内容之间的联系断开。”他说,实际可能的新形状目录将使得针对特定用途的材料的搜索更加易于管理。


进行分析的能力依赖于以前无法获得的许多工具。 “10年前你无法解决这个问题,”斯特拉诺说。但现在,通过使用包括化学图论,精确电子结构计算和高分辨率扫描透射电子显微镜在内的工具,研究人员已经捕获了显示各个原子的确切位置的缺陷图像。

 

该团队将晶格中的这些孔称为“抗分子”,并根据已被去除的原子形成的形状描述它们。这种方法首次提供了一个简单而连贯的框架,用于描述这些复杂形状的整个集合。以前,“如果你在谈论材料中的这些毛孔,就没有办法确定所涉及的特定类型的孔”。“一旦人们开始更频繁地创建这些孔,最好有一个命名约定来识别它们“,该团队补充说。


这个新目录可以帮助开辟各种潜在的应用程序。 “缺陷既好又坏,”斯特拉诺解释说。 “有时候你想要阻止它们”,因为它们削弱了材料的一些性能,但“有时你想要制造它们并控制它们的尺寸和形状”,例如用于过滤,化学处理或DNA测序,其中只有某些特定分子可以穿过这些洞。另一种应用可能是量子计算或通信设备,其中特定尺寸和形状的孔被调谐以发射特定颜色和能量水平的光子。


麻省理工学院的Govind Rajan说,除了它们对材料机械性能的影响之外,孔还会影响电子,磁性和光学特性。


斯特拉诺预测,“我们认为这项工作将成为研究二维材料缺陷的有价值的工具”,因为它将使研究人员能够找到有希望的缺陷类型,而不必通过无数理论上可能的形状进行分类“你根本不在乎,因为它们是如此不可能,它们永远不会形成。“


这项工作“解决了二维纳米尺度系统中的一个重要问题,”加州大学伯克利分校材料科学教授Alex Zettl说,他没有参与这项研究。 “由于缺陷异构体的可能性随着原子空位数的增加而迅速变得棘手,因此蛮力攻击毫无结果。这种新的编目和概率排名方法优雅,相关且具有预测性。“


他说,这项工作提供了“坚实的理论基础”,并且由于二维材料的工程设计正在成为现实,这个系统“肯定会被接受并被广泛采用。”



(文章源于graphene-info网,由石墨烯材料网 www.91shimoxi.com 翻译编辑整理)


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