نانومواد

محققان تکنیکی را برای پردازش سطوح در مقیاس اتمی توسعه می دهند

محققان تکنیکی را برای پردازش سطوح در مقیاس اتمی توسعه می دهند

 

محققان تکنیکی را برای پردازش سطوح در مقیاس اتمی توسعه می دهند
یونی با شدت زیاد به ماده ای متشکل از چند لایه برخورد می کند. اعتبار: TU وین

محققان تکنیکی را برای پردازش سطوح در مقیاس اتمی توسعه می دهند هیچ کس نمی تواند گلوله ای را از طریق موز به گونه ای شلیک کند که پوست سوراخ شود اما موز دست نخورده باقی بماند. با این حال ، در سطح لایه های اتمی منفرد ، محققان TU Wien (وین) اکنون به چنین موفقیتی دست یافته اند – آنها یک روش ساخت نانو را ایجاد کردند که با استفاده از آن می توان لایه های خاصی از مواد را به طور دقیق سوراخ کرد و سایر لایه ها را کاملاً دست نخورده باقی گذاشت ، پرتابه به تمام لایه ها نفوذ می کند. این امر با کمک یون های بسیار باردار امکان پذیر است. از آنها می توان برای پردازش انتخابی سطوح سیستم های جدید مواد ۲ بعدی استفاده کرد ، به عنوان مثال فلزات خاصی را روی آنها لنگر انداخت که می توانند بعنوان کاتالیزورها عمل کنند. روش جدید اکنون در مجله ACS Nano منتشر شده است.

مواد جدید از لایه های بسیار نازک

دانشکده ها : موادی که از چندین لایه فوق العاده نازک تشکیل شده اند به عنوان یک زمینه جدید و جالب تحقیق در مورد مواد در نظر گرفته می شوند. گرافن ماده با کارایی بالا ، که تنها از یک لایه اتم کربن تشکیل شده است. ، در بسیاری از مواد جدید فیلم نازک با خواص جدید امیدوار کننده استفاده شده است. دکتر Janine Schwestka از انستیتوی فیزیک کاربردی TU می گوید: “ما ترکیبی از گرافن و دی سولفید مولیبدن را بررسی کردیم. دو لایه مواد در تماس قرار می گیرند و سپس توسط نیروهای ضعیف ون در والس به یکدیگر می چسبند.” WIen و اولین نویسنده انتشارات فعلی. “گرافن رسانای بسیار خوبی است ، دی سولفید مولیبدن نیمه هادی است و این ترکیب می تواند برای تولید انواع جدیدی از دستگاه های ذخیره اطلاعات جالب باشد.”

برای کاربردهای خاص ، هندسه مواد باید بطور خاص در مقیاس نانومتر پردازش شود – به عنوان مثال ، برای تغییر خواص شیمیایی با افزودن انواع اضافی اتم یا کنترل خصوصیات نوری سطح . جانین شووستکا توضیح می دهد: “روش های مختلفی برای این کار وجود دارد.” “شما می توانید با پرتو الکترون یا یون معمولی سطوح را اصلاح کنید پرتو. با وجود یک سیستم دو لایه ، همیشه این مشکل وجود دارد که پرتو همزمان هر دو لایه را تحت تأثیر قرار می دهد ، حتی اگر قرار باشد فقط یکی از آنها اصلاح شود.

محققان تکنیکی را برای پردازش سطوح در مقیاس اتمی توسعه می دهند
گلوله به همه لایه ها نفوذ می کند ، اما فقط در لایه بالایی ، یک سوراخ بزرگ ایجاد می شود. گرافن زیر دست نخورده باقی مانده است. اعتبار: TU وین

دو نوع انرژی.

وقتی از پرتو یونی برای تصفیه یک سطح استفاده می شود ، معمولاً نیروی برخورد یون ها است که روی مواد تأثیر می گذارد. با این وجود در TU Wien از یون های نسبتاً کند استفاده می شود که چندین بار شارژ می شوند. پروفسور ریچارد ویلهلم توضیح می دهد: “در اینجا دو شکل مختلف انرژی باید از هم تفکیک شوند.” “از یک طرف ، انرژی جنبشی وجود دارد که بستگی به سرعتی که یونها روی آن تأثیر می گذارند. از طرف دیگر ، وجود دارد انرژی پتانسیل ، که توسط بار الکتریکی یونها تعیین می شود. با پرتوهای یونی معمولی ، انرژی جنبشی نقش تعیین کننده ای دارد ، اما برای ما ، انرژی پتانسیل از اهمیت ویژه ای برخوردار است. “

تفاوت مهمی بین این دو شکل انرژی وجود دارد: در حالی که انرژی جنبشی هنگام نفوذ به سیستم لایه در هر دو لایه ماده آزاد می شود ، انرژی پتانسیل می تواند بسیار ناهموار در میان لایه ها توزیع شود: “دی سولفید مولیبدن بسیار شدید واکنش نشان می دهد به یونهای بسیار باردار ، “می گوید ریچارد ویلهلم. “یون منفردی که به این لایه می رسد می تواند ده ها یا صدها اتم از لایه را حذف کند. آنچه که باقی می ماند یک حفره است که به خوبی در زیر میکروسکوپ الکترونی دیده می شود.” از طرف دیگر ، لایه گرافن ، که بلافاصله پس از آن به آن اصابت می کند ، دست نخورده باقی می ماند: بیشترین پتانسیل انرژی قبلاً آزاد شده است.

همان آزمایش را می توان معکوس کرد ، به طوری که یون پر بار ابتدا به گرافن برخورد می کند و فقط پس از آن به لایه دی سولفید مولیبدن می رسد. در این حالت ، هر دو لایه دست نخورده باقی می مانند: گرافن یون را با الکترونهای لازم برای خنثی سازی الکتریکی آن در کسری کوچک از ثانیه فراهم می کند. تحرک الکترونها در گرافن به قدری زیاد است که نقطه برخورد نیز بلافاصله «سرد» می شود. یون بدون اینکه ردیابی دائمی داشته باشد از لایه گرافن عبور می کند. پس از آن ، دیگر نمی تواند در لایه دی سولفید مولیبدن آسیب زیادی ببیند.

“ریچارد ویلهلم می گوید:” اکنون این روش جدیدی فوق العاده برای دستکاری سطوح به صورت هدفمند در اختیار ما قرار می دهد. “ما می توانیم بدون آسیب رساندن به ماده زیرلایه ، منافذ نانو را به سطوح اضافه کنیم. این به ما امکان می دهد ساختارهای هندسی ایجاد کنیم که قبلا غیرممکن بودند.” به این ترتیب می توان از disulfide مولیبدن “ماسک” ایجاد کرد دقیقاً مطابق میل دلخواه سوراخ می شود ، سپس اتمهای فلزی خاصی روی آن رسوب می کنند. این امر امکاناتی کاملاً جدید را برای کنترل خصوصیات شیمیایی ، الکترونیکی و نوری سطح ایجاد می کند.


گرافن: همه چیز در مورد مواد پوششی

اطلاعات بیشتر: Janine Schwestka و همکاران ، حکاکی مقیاس اتمی نانوپورها در یک ساختار ناهمگن ون در والس با یونهای بسیار شارژ آهسته ، ACS Nano (۲۰۲۰). DOI: 10.1021 / acsnano.0c04476
تهیه شده توسط دانشگاه صنعتی وین

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا