211service.com
Spēcīgākais jebkad pārbaudītais materiāls
Materiālu zinātnieki ir slavējuši grafēnu kopš tā pirmās izdalīšanas 2005. gadā. Viena atoma biezās oglekļa loksnes vada elektronus labāk nekā silīcijs, un no tām ir izveidoti ātri, mazjaudas tranzistori. Tagad pirmo reizi pētnieki ir izmērījuši grafēna raksturīgo stiprumu, un viņi ir apstiprinājuši, ka tas ir visspēcīgākais jebkad pārbaudītais materiāls. Atklājums sniedz labus pierādījumus tam, ka grafēna tranzistori varētu uzņemt siltumu nākotnes īpaši ātrajos mikroprocesoros.
Spēcīgākais materiāls: Iespiežot asu dimanta zondi grafēnā, līdz tā plīsa, pētnieki konstatēja, ka materiāls ir visstiprākais jebkad pārbaudītais. Šis attēls, ilustrācija, parāda grafēna atomu struktūru, kas ir viena atoma biezumā un sastāv no oglekļa un ūdeņraža, kas sakārtoti vistas stieplēm līdzīgā tīklā.
Džefrijs Kisars un Džeimss Hons , Kolumbijas universitātes mašīnbūves profesori, pārbaudīja grafēna izturību atomu līmenī, izmērot spēku, kas nepieciešams, lai to salauztu. Viņi izgrieza vienu mikrometru platus caurumus silīcija plāksnē, novietoja perfektu grafēna paraugu virs katra cauruma un pēc tam ievilka grafēnu ar asu zondi, kas izgatavota no dimanta. Šādi mērījumi nekad iepriekš nebija veikti, jo tie jāveic ar perfektiem grafēna paraugiem bez plīsumiem vai trūkstošiem atomiem, saka Kysar un Hone.
Hons savu testu salīdzina ar plastmasas apvalka gabala izstiepšanu virs kafijas tases augšdaļas un spēka mērīšanu, kas nepieciešams, lai to caurdurtu ar zīmuli. Ja viņš varētu iegūt pietiekami lielu materiāla gabalu, ko uzlikt virs kafijas tases, viņš saka, grafēns būtu pietiekami stiprs, lai izturētu virs zīmuļa līdzsvarotas automašīnas svaru.
Maz ticams, ka grafēna neticamie stiprumi tiks izmantoti šādā uzdevumā. Kafijas tasīšu un automašīnu makroskopiskā līmenī jebkurš materiāls būs pilns ar plaisām un trūkumiem, saka Kysar. Tieši šādu plaisu un defektu līmenī sabojājas lidmašīnas spārni un tilta balsti. Tikai niecīgs paraugs var būt ideāls un īpaši spēcīgs, saka Hone.
Tomēr mērījumi ir vēl viens grafēna ievērojamo īpašību pierādījums. Mēs zinājām, ka grafēns ir spēcīgākais materiāls; šis darbs to apstiprina, saka Konstantīns Novoselovs , Mančestras universitātes līdzstrādnieks, kurš bija pirmais, kas izolēja materiāla divdimensiju loksnes.
Materiāla stiprums ir īpaši labas ziņas tiem, kas strādā pusvadītāju nozarē, kuri cer padarīt datorus ātrākus, izstrādājot mikroprocesorus, kas izmanto grafēna tranzistorus. Galvenā atbildība attiecībā uz mikroapstrādes nozari ir spriedze, saka Džūlija Grīra , materiālu zinātnieks uzņēmumā Caltech. Materiāliem, ko izmanto tranzistoru izgatavošanai, ir jābūt ne tikai labām elektriskām īpašībām, bet arī jāspēj izturēt ražošanas procesu spriedzi un atkārtotu darbību radīto siltumu. Piemēram, procesi, ko izmanto, lai modelētu metāla elektriskos savienojumus uz mikroprocesoriem, rada spriedzi, kas var izraisīt mikroshēmu atteici. Un, saka Grīrs, galvenais šķērslis ātrāku mikroprocesoru izgatavošanai ir tas, ka siltums ir pārāk liels, lai materiāli varētu uzņemties. Pamatojoties uz tā stiprības mērījumiem, grafēna tranzistori varētu uzņemt siltumu.
Grafēns ir pamatelements vairākām citām trīsdimensiju nanostruktūrām, kas sastāv no oglekļa, tostarp nanocaurulēm un bumbiņām, dobām futbola bumbas formas molekulām. Teorētiski nanocaurule ir sarullēts grafēns, tāpēc tai vajadzētu būt tādai pašai stiprībai, saka Hone. Tomēr patiesībā lielākajai daļai nanocauruļu ir nelieli trūkumi — atoms šeit vai tur trūkst. Pavelkot nanocauruli, saka Hone, tā saplīst jebkurā vietā, kur ir defekts.
Grafēna mehāniskā izturība nanomērogā varētu izrādīties noderīga citiem lietojumiem, nevis mikroprocesoru tranzistoros. Materiāls, piemēram, varētu kalpot kā izturīgs, mehāniski darbināms elektriskais slēdzis sakaru ierīcēm, tostarp mobilajiem tālruņiem un uzlabotajiem radariem, saka Kysar.
Lai gan lielākā daļa nanomateriālu pētījumu ir vērsti uz to elektriskām, optiskajām un ķīmiskajām īpašībām, mehāniskās īpašības kontrolē vairāk, nekā varētu šķist, saka Grīrs. Esošās materiālu stiprības datu bāzes neņem vērā izturības atšķirības nanomērogā. Bet tagad vismaz pētniekiem, kas pārbauda nanomateriālu izturību, būs jāšauj rekords.