新模型成功預測：石墨烯覆蓋下擠壓納米晶體的形狀！

在美國能源部埃姆斯實驗室和美國東北大學的合作中，科學家們開發了一個模型，用於預測夾在石墨烯等二維或二維以下材料之間的金屬納米晶體或「島嶼」的形狀。這一進展使二維量子材料更接近電子領域的應用。艾姆斯實驗室的科學家是二維材料方面的專家，最近發現了一種銅和石墨的化合物，這種化合物是通過在高溫和超高真空環境下將銅沉積在離子轟擊的石墨上而產生。這就產生了銅島的分布，被埋在由幾層石墨烯組成的超薄「毯子」下。

博科園：艾姆斯實驗室科學家、愛荷華州立大學(Iowa State University)化學與材料科學與工程傑出教授帕特·泰爾(Pat Thiel)表示：由於這些金屬島可能在電子應用中充當電觸點或散熱器，它們的形狀以及它們如何達到這種形狀，是控制這些材料的設計和合成的重要信息。艾姆斯實驗室的科學家們使用掃描隧道顯微鏡艱難地測量了100多個納米尺度銅島的形狀。這為東北大學機械與工業工程系和艾姆斯實驗室的研究人員聯合開發理論模型提供了實驗基礎。

艾姆斯實驗室和東北大學開發並驗證了一個模型，該模型可以預測二維材料包裹金屬納米顆粒的形狀。石墨烯的頂部覆蓋層可以抵抗變形，向下「擠壓」金屬納米顆粒，迫使其極低且極寬。圖片：Ames Laboratory

這個模型很好地解釋了數據，唯一的例外是銅島高度小於10納米，這將是進一步研究的基礎。東北大學博士生斯科特e朱利安(Scott E. Julien)說：我們喜歡看到我們的物理學得到應用，這是一種美妙的應用方式，能夠模擬石墨烯覆蓋銅島時的彈性響應，並用它來預測島嶼的形狀。研究表明，石墨烯的頂層能夠抵抗生長中金屬島施加的上行壓力。實際上，石墨烯層向下擠壓並壓扁了銅島。考慮到這些影響以及其他關鍵的能量學，導致了對一種普遍、或與尺寸無關島嶼形狀的意外預測，至少對一種給定金屬的足夠大島嶼是如此。

研究助理Ann Lii-Rosales說：這一原理也適用於其他金屬和其他層狀材料，實驗上，我們想看看我們是否可以用同樣的配方在其他類型層狀材料下合成金屬，並獲得可預測的結果。在《納米尺度》上發表的論文《壓縮納米晶體:嵌入在層狀材料表面下金屬團簇的平衡結構》(Nanocrystals: Equilibrium Configuration of Metal Clusters Embedded under The Surface of a layer Material)進一步討論了這一研究，這項研究是埃姆斯實驗室和東北大學合作進行。

博科園-科學科普｜研究/來自: 埃姆斯實驗室

參考期刊文獻:《納米尺度》

DOI: 10.1039/C8NR10549A

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