石墨烯結構中單個(gè)錯位可被操控
金屬材料通過(guò)有針對性的折疊可展現全新的屬性，雖然這僅是金屬微觀(guān)結構上的錯位，不到百萬(wàn)分之一毫米，但對性能影響很大?，F在，德國埃朗根—紐倫堡大學(xué)愛(ài)德曼·斯比克教授研究團隊在石墨烯中找到了一種直接接觸和移動(dòng)這種錯位的方法，這也為研究石墨烯納米結構材料和拓展其性能鋪平了道路。該研究已于近日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。
人們早就知道金屬可以在不破裂的情況下變形，但這種變形原因直到20世紀40年代才被發(fā)現，即金屬原子層面的晶體結構產(chǎn)生缺陷，所謂錯位。當金屬變形時(shí)，產(chǎn)生數以百萬(wàn)計錯位并穿透材料。錯位是金屬材料軋制和鍛造等加工技術(shù)的基礎，也在日常生活中發(fā)揮重要作用，例如，汽車(chē)撞擊時(shí)發(fā)生的金屬材料變形吸收了撞擊能量，從而可能拯救生命。
5年前，斯比克團隊發(fā)現了所謂的雙層石墨烯錯位，這是由兩個(gè)碳原子層構成的物質(zhì)。斯比克教授稱(chēng)：“當我們在石墨烯中發(fā)現錯位時(shí)，我們意識到已經(jīng)找到了一種研究材料變形的理想模型系統。”但僅僅發(fā)現錯位是不夠的，還必須找到一種利用錯位的方法。
為了能夠拍攝到錯位，研究人員采用了可在納米尺度觀(guān)測的電子顯微鏡。參與這項最新研究的博士研究生施瓦澤介紹說(shuō)：“我們不僅可以看到試樣納米結構，而且可以直接與它們互動(dòng)。例如，我們能夠機械地移動(dòng)納米結構，定義熱量或產(chǎn)生電勢。”該裝置的核心是一架小型機器人手臂，可以精確定位百萬(wàn)分之一毫米。機器人手臂配有細針，可以在試樣表面移動(dòng)，操縱單個(gè)錯位。
研究人員最初對石墨烯抵抗機械應力的能力感到驚訝，設想在只有兩層碳原子試樣上用針尖施壓，大多數材料都無(wú)法承受，但石墨烯畢竟是機械耐久性的世界紀錄保持者，這使得研究人員能夠用細鎢尖針接觸材料表面并移動(dòng)錯位。只有通過(guò)這種方式，科學(xué)家才能證明錯位基本理論，同時(shí)也能獲得關(guān)于錯位如何相互影響和相互作用的新見(jiàn)解。(記者顧鋼)
