像一种装饰的花状缺陷在纳米材料石墨烯中,可能具有潜在的重要影响,会影响这种材料已有的独特电气和机械性能,这是根据一些研究人员所说,他们来自美国国家标准与技术研究院(NIST:National Institute of Standards and Technology)和佐治亚理工学院(Georgia Tech)。在一篇新的论文中,这个小组首次描述了一个系列的七种缺陷,它们可能自然出现,或者是经诱导产生,在石墨烯中,其中一个已经被观察到。
石墨烯出名是因为它的强度和导电性,这两者都源自它的结构。在大多数情况下,石墨烯是一种无特色的平整的碳原子,排列成蜂窝晶格。
据美国国家标准与技术研究院研究员约瑟夫•斯特罗西奥(Joseph Stroscio)说,这些缺陷出现是由于运动的碳原子处于高温,制备石墨烯时,需要加热碳化硅(silicon carbide),采用超高真空(ultrahigh vacuum)。最简单的,也就是需要最少量来重排石墨烯,可以做的就是转换6元碳环,形成的环包含5个或7个原子,这会使所有的碳原子都适合,没有不饱和的键。国家标准与技术研究院研究人员发现,串起5个和7个成员的环,一起形成闭合回路(closed loop),就创造了一种新型缺陷,或者晶界回路(grain boundary loop),也是在蜂窝晶格中。
国家标准与技术研究院研究人员埃里克•科克恩(Eric Cockayne)说,制造过程起着很大的作用,可形成这些缺陷。
“由于石墨烯的形成需要高温,因此,部分晶格可能会松脱并旋转,”科克恩说。“石墨烯冷却时,这些旋转部分重新连接晶格,但具有一种不规则的方式。它几乎就像是补丁一样的石墨烯,被剪刀剪出来,旋转是朝顺时针方向,而且又让重新装进同一个位置,只它真的不适合,就是这样我们得到了这些花。”
这种极其坚硬的晶格已经比钢强,但这些缺陷可能会赋予它一些柔性,使它更具弹性,避免撕裂或断裂。
经过更多的实验,科克恩说,研究人员应该能够使这些缺陷关联到不同的生长条件,这就应该能完全避免缺陷,或随意制造缺陷。
此外,虽然这种花状缺陷包含6对5个和7个原子的环,科克恩和国家标准与技术研究院小组模型中的石墨烯原子结构表明,可能有一束名副其实的花状构型。这些构型总共7个,每个都拥有自己独特的机械和电气属性。
石墨烯缺陷 蕴藏巨大潜力
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