Los materiales bidimensionales (2D) tienen un espesor a nivel atómico y excelentes propiedades mecánicas y físicas, con potencial para una amplia aplicación en áreas como semiconductores, dispositivos flexibles y compuestos.
Debido a su extremadamente baja rigidez a la flexión, los materiales 2D de una sola capa, cuando se someten a restricciones geométricas, desarrollan ondas, pandeo, curvatura o incluso arrugas, que pueden afectar significativamente sus propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas. . Su estabilidad mecánica afecta directamente la vida útil y el rendimiento de servicio de los dispositivos basados en materiales 2D suspendidos, como sistemas micro/nanoelectromecánicos (M/NEMS), resonadores/osciladores, nano kirigami/origami, membranas de transporte de protones y nanocanales.
Aclarar los mecanismos de estabilización mecánica de materiales 2D y lograr un control general de su comportamiento de inestabilidad es crucial para las aplicaciones mecánicas de materiales 2D y otras películas atómicamente delgadas. Un equipo de investigación dirigido por el profesor Yang Lu del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Hong Kong (HKU) ha logrado un avance significativo en este campo al proporcionar un nuevo método para evaluar la inestabilidad en películas atómicamente delgadas.
En colaboración con investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, el equipo del profesor Lu propuso por primera vez una técnica de “empujar para cortar” para lograr el monitoreo de la deformación por corte en el plano de materiales 2D de una sola capa, ajuste controlable de las propiedades de inestabilidad de los materiales 2D para lograr. Combinando análisis teóricos y simulaciones de dinámica molecular, se revelaron los principios mecanicistas y los mecanismos de control de la inestabilidad multiorden de películas atómicamente delgadas.
Los resultados han sido publicados en revistas académicas. comunicación de la naturaleza Con artículo titulado “Sintonización de inestabilidades en materiales 2D monocapa suspendidos”.
El equipo planea colaborar con socios industriales para desarrollar un nuevo tipo de plataforma de medición mecánica para películas atómicamente delgadas, que utiliza técnicas micro/nanomecánicas in situ para lograr mediciones de propiedades mecánicas de alto rendimiento y permite la ingeniería de deformación profunda de materiales. Características físicas del dispositivo.
“Esta investigación supera la dificultad de controlar el comportamiento de inestabilidad de materiales 2D suspendidos de una sola capa de un átomo, logrando mediciones de la rigidez a la flexión del grafeno de una sola capa y el disulfuro de molibdeno (MoS).2) la investigación también ofrece nuevas oportunidades para modular la morfología de la inestabilidad a nanoescala y las propiedades físicas de las películas atómicamente delgadas”, afirmó el profesor Lu.
“Hemos desarrollado un dispositivo de corte in situ basado en MEMS para controlar el comportamiento de inestabilidad de materiales 2D de una sola capa suspendidos, que también es aplicable a otras películas atómicamente delgadas. Investigamos más a fondo la evolución de la morfología de las arrugas de los materiales 2D inducida por inestabilidad, cambiando la longitud de onda y la amplitud de las arrugas, revelando las diversas vías de inestabilidad y recuperación afectadas por y proporcionando un nuevo método de mecánica experimental para evaluar el comportamiento de inestabilidad y el rendimiento de flexión de películas atómicamente delgadas, la tensión/deformación local asociada y los cambios de curvatura para la inestabilidad. Los procesos en materiales 2D tienen aplicaciones importantes en los campos físico y químico, como cambiar la estructura electrónica ajustando la conformación plegada y estableciendo canales de transporte rápido de protones”. Añadió el profesor Lu.
“Esta investigación ha logrado una modulación de la inestabilidad controlable de materiales atómicamente delgados representados por materiales 2D. En comparación con la ingeniería de deformación por tracción tradicional, la deformación por corte puede controlar profundamente la estructura de la banda de los materiales 2D. En el futuro, esperamos avanzar en esta investigación y, en última instancia, desarrollar bajos – lograr un diseño integrado de la mecánica y la funcionalidad en materiales dimensionales”, dijo el Dr. Hou Yuan, primer autor del artículo y becario postdoctoral en el grupo del profesor Lu.