Учени откриха, че нов двуизмерен (2D) въглероден материал е по-здрав от графена и демонстрира изключителна устойчивост на напукване – критичен проблем, който дълго време ограничава приложението на 2D материалите. Въпреки че графенът е един от най-здравите материали на Земята, той е податлив на бързо разпространяващи се пукнатини, което води до внезапни счупвания.

Какво прави новия материал толкова здрав?

Този нов материал, наречен монослоен аморфен въглерод (MAC), е разработен от учени от Университета Райс и Националния университет на Сингапур (NUS). Според изследване, публикувано в престижното списание Matter, MAC е осем пъти по-здрав от графена.

Подобно на графена, MAC тънък един атом. Разликата обаче е в структурата му – докато графенът има перфектна кристална шестоъгълна решетка, MAC представлява композитен материал с комбинация от кристални и аморфни (неподредени) области. Именно тази хибридна структура му придава уникалната здравина и устойчивост на напукване.

„Този уникален дизайн не позволява на пукнатините да се разпространяват лесно, което позволява на материала да поеме повече енергия, преди да се счупи.“ – Бонгки Шин, Университет Райс

Нов подход за по-здрави 2D материали

MAC е важна стъпка към разработването на по-устойчиви и надеждни 2D материали, които могат да революционизират:

  • Електрониката – по-бързи и ефективни устройства
  • Съхранението на енергия – батерии с по-дълъг живот
  • Носимите технологии – ултралеки и здрави материали
  • Сензорите – по-чувствителни и издръжливи устройства

Учените търсят начини за допълнително подобряване на здравината на 2D материалите чрез:

  • „Външно заздравяване“ – добавяне на наноструктури върху повърхността
  • „Вътрешно заздравяване“ – структурни модификации в самия материал

MAC представлява идеален модел за изпитване на нови нанокомпозити, комбиниращи кристални и аморфни области.

Как учените тестват здравината на MAC?

Изследователите от Университета Райс са използвали сканиращ електронен микроскоп за наблюдение в реално време на процеса на напукване. Освен това, екипът на Маркус Бюлер от MIT провежда симулации на молекулярна динамика, за да анализира поведението на материала на атомно ниво.

„Това проучване отваря нови възможности за проектиране на устойчиви 2D материали.“ – Джун Лу, Университет Райс

Благодарение на напредъка в наноматериалите и високорезолюционната визуализация, учените успяват да създадат по-здрави 2D материали, без да добавят допълнителни слоеве.

Заключение

Откритието на MAC е ключов пробив в науката за материалите. Той преодолява една от основните слабости на 2D материалите – тяхната крехкост, и предлага нови възможности за създаването на по-здрави, по-устойчиви и по-практични наноматериали. Това отваря врати за иновации в електрониката, енергетиката и биотехнологиите, които могат да трансформират съвременните технологии.

Източник: Phys.org