211service.com
Nejpevnější materiál, jaký byl kdy testován
Materiáloví vědci chválili grafen od jeho první izolace v roce 2005. Jeden atom tlusté vrstvy uhlíku vedou elektrony lépe než křemík a byly z nich vyrobeny rychlé tranzistory s nízkou spotřebou. Nyní vědci poprvé změřili vnitřní sílu grafenu a potvrdili, že jde o nejpevnější materiál, jaký byl kdy testován. Toto zjištění poskytuje dobrý důkaz, že grafenové tranzistory by mohly přebírat teplo v budoucích ultrarychlých mikroprocesorech.
Nejpevnější materiál: Zatlačením ostré diamantové sondy do grafenu, dokud se nerozbila, vědci zjistili, že materiál je nejpevnější, jaký kdy byl testován. Tento obrázek, ilustrace, ukazuje atomovou strukturu grafenu, který má tloušťku jednoho atomu a skládá se z uhlíku a vodíku uspořádaných do sítě podobné kuřecímu drátu.
Jeffrey Kysar a James Hone , profesoři mechanického inženýrství na Kolumbijské univerzitě, testovali sílu grafenu na atomové úrovni měřením síly, kterou bylo zapotřebí k jeho rozbití. Do křemíkového plátku vyřezali otvory o šířce jeden mikrometr, na každý otvor umístili dokonalý vzorek grafenu a poté grafen odsadili ostrou sondou vyrobenou z diamantu. Taková měření nebyla nikdy předtím provedena, protože musí být provedena na dokonalých vzorcích grafenu, bez trhlin nebo chybějících atomů, říkají Kysar a Hone.
Hone svůj test porovnává s natažením kousku plastového obalu přes vršek šálku s kávou a měřením síly, kterou je potřeba k propíchnutí tužkou. Pokud by se mu podařilo získat dostatečně velký kus materiálu, aby se dal položit přes vršek šálku kávy, říká, grafen by byl dostatečně pevný, aby unesl váhu auta vyváženého na tužku.
Je nepravděpodobné, že by při takovém úkolu byla využita neuvěřitelná síla grafenu. Na makroskopické úrovni kávových šálků a aut bude jakýkoli materiál plný prasklin a vad, říká Kysar. Je to na úrovni takových prasklin a defektů, že křídla letadla a podpěry mostu selhávají. Pouze malý vzorek může být dokonalý a supersilný, říká Hone.
Měření jsou však další ukázkou pozoruhodných vlastností grafenu. Věděli jsme, že grafen je nejpevnější materiál; tato práce to potvrzuje, říká Konstantin Novoselov , člen univerzity v Manchesteru, který jako první izoloval dvourozměrné listy materiálu.
Síla materiálu je zvláště dobrou zprávou pro ty v polovodičovém průmyslu, kteří doufají, že zrychlí počítače vývojem mikroprocesorů, které používají grafenové tranzistory. Hlavní odpovědnost týkající se mikrozpracovatelského průmyslu je napětí, říká Julia Greerová , materiálový vědec ve společnosti Caltech. Nejen, že materiály použité k výrobě tranzistorů musí mít dobré elektrické vlastnosti, ale musí být také schopny přežít namáhání výrobních procesů a teplo generované opakovanými operacemi. Procesy používané k vzorování kovových elektrických spojení na mikroprocesory, například, vyvíjejí napětí, která mohou způsobit selhání čipů. A, říká Greer, hlavní překážkou pro výrobu rychlejších mikroprocesorů je přílišné teplo, které materiály nesou. Na základě měření jeho síly by grafenové tranzistory mohly odebírat teplo.
Grafen je základním stavebním kamenem několika dalších trojrozměrných nanostruktur tvořených uhlíkem, včetně nanotrubic a buckyballs, dutých molekul ve tvaru fotbalového míče. Teoreticky je nanotrubice srolovaný grafen, takže by měla mít stejnou sílu, říká Hone. Ve skutečnosti má však většina nanotrubic drobné nedostatky – tu či tam chybí atom. Když nanotrubku natáhnete, říká Hone, praskne na jakémkoli místě, kde je defekt.
Mechanická pevnost grafenu v nanoměřítku by se mohla ukázat jako užitečná pro jiné aplikace než v tranzistorech pro mikroprocesory. Materiál by mohl například sloužit jako odolný, mechanicky ovládaný elektrický spínač pro komunikační zařízení včetně mobilních telefonů a pokročilého radaru, říká Kysar.
Ačkoli se většina výzkumů nanomateriálů soustředila na jejich elektrické, optické a chemické vlastnosti, mechanické vlastnosti ovládají více, než by se mohlo zdát, říká Greer. Stávající databáze pevnosti materiálů neberou v úvahu rozdíly v pevnosti v nanoměřítku. Nyní však budou mít alespoň výzkumníci testující sílu nanomateriálů rekord, o který mohou střílet.