Une équipe de chercheurs de l#39Université Rice a cartographié la façon dont les particules de matériaux 2D se déplacent dans un liquide – des connaissances qui pourraient aider les scientifiques à assembler des matériaux à l#39échelle macroscopique ayant les mêmes propriétés utiles que leurs homologues 2D.
« Les nanomatériaux bidimensionnels sont des matériaux extrêmement minces — seulement quelques atomes d#39épaisseur — en forme de feuille », a déclaré Utana Umezaki, étudiante diplômée de Rice et auteur principal d#39une étude publiée dans ACS Nano. « Ils se comportent très différemment des matériaux auxquels nous sommes habitués dans la vie quotidienne et peuvent avoir des propriétés très utiles : ils peuvent supporter beaucoup de power, résister à des températures élevées, and so on. Pour profiter de ces propriétés uniques, nous devons trouver des moyens pour les transformer en matériaux à moreover grande échelle comme des movies et des fibres. »
Afin de conserver leurs propriétés particulières sous forme substantial, les feuilles de matériaux 2D doivent être correctement alignées – un processus qui se produit souvent en phase de option. Les chercheurs de Rice se sont concentrés sur le graphène, composé d#39atomes de carbone, et de nitrure de bore hexagonal, un matériau ayant une composition similaire au graphène mais composé d#39atomes de bore et d#39azote.
« Nous étions particulièrement intéressés par le nitrure de bore hexagonal, parfois appelé » graphène blanc « et qui, contrairement au graphène, ne conduit pas l#39électricité mais possède une résistance élevée à la traction et est chimiquement résistant », a déclaré Angel Martí, professeur de chimie et de bioingénierie. science des matériaux et nano-ingénierie et directeur du département de chimie de Rice. « L#39une des choses que nous avons réalisé est que la diffusion du nitrure de bore hexagonal en remedy n#39était pas très bien comprise.
« En fait, lorsque nous avons consulté la littérature, nous avons constaté qu#39il en était de même pour le graphène. Nous n#39avons pas pu trouver de compte rendu de la dynamique de diffusion au niveau d#39une seule molécule pour ces matériaux, ce qui nous a motivé à nous attaquer à ce problème. »
Les chercheurs ont utilisé un tensioactif fluorescent, c#39est-à-dire un savon lumineux, pour marquer les échantillons de nanomatériaux et rendre obvious leur mouvement. Des vidéos de ce mouvement ont permis aux chercheurs de tracer les trajectoires des échantillons et de déterminer la relation entre leur taille et la façon dont ils se déplacent.
« D#39après nos observations, nous avons découvert une tendance intéressante entre la vitesse de leur mouvement et leur taille », a déclaré Umezaki. « Nous pourrions exprimer la tendance avec une équation relativement basic, ce qui signifie que nous pouvons prédire mathématiquement le mouvement. »
Il a été constaté que le graphène se déplaçait as well as lentement dans la answer liquide, probablement en raison du fait que ses couches sont as well as fines et as well as flexibles que le nitrure de bore hexagonal, ce qui entraîne davantage de friction. Les chercheurs pensent que la formule dérivée de l’expérience pourrait être utilisée pour décrire la manière dont d’autres matériaux 2D se déplacent dans des contextes similaires.
« Il est important de comprendre remark fonctionne la diffusion de ces matériaux dans un environnement confiné car or truck, si nous voulons fabriquer des fibres, par exemple, nous extrudons ces matériaux à travers des injecteurs ou des filières très minces », a déclaré Martí. « C#39est donc la première étape pour comprendre remark ces matériaux commencent à s#39assembler et à se comporter lorsqu#39ils se trouvent dans cet environnement confiné. »
En tant que l’une des premières études portant sur l’hydrodynamique des matériaux nanofeuilles 2D, la recherche contribue à combler une lacune dans le domaine et pourrait contribuer à surmonter les défis de fabrication de matériaux 2D.
« Notre objectif last en étudiant ces éléments de foundation est de pouvoir générer des matériaux macroscopiques », a déclaré Martí.
Anatoly Kolomeisky, professeur de chimie et de génie chimique et biomoléculaire à Rice, et Matteo Pasquali, professeur AJ Hartsook de génie chimique et biomoléculaire et professeur de chimie, de science des matériaux et de nano-ingénierie, sont les auteurs correspondants de l#39étude.
La recherche a été soutenue par la Nationwide Science Basis (1807737, 2108838), l#39Air Power Office of Scientific Research (FA9550-19-1-7045) et la Welch Foundation (C-2152, C-1668, C-1559).
