Universidad de Zhejiang: ¡Método de adelgazamiento mecánico extremo! Preparación de materiales bidimensionales metálicos de un solo elemento.
Los materiales bidimensionales (2D) presentan una serie de excelentes propiedades físicas y químicas debido a sus estructuras especiales. Sin embargo, los métodos tradicionales como la exfoliación mecánica, la deposición química y el crecimiento presentan muchos desafíos en la preparación de materiales metálicos 2D de un solo elemento.
Recientemente, el grupo de investigación del académico Zhang Ze y el investigador Wang Jiangwei de la Universidad de Zhejiang colaboraron con el profesor Ting Zhu del Instituto de Tecnología de Georgia, el investigador Du Kui del Instituto de Investigación de Metales de la Academia China de Ciencias y otros. , y propuso el uso de "deformación automática" basada en las características comunes de la deformación plástica de materiales. Se utilizó un método de adelgazamiento mecánico de arriba hacia abajo para preparar materiales metálicos bidimensionales de un solo elemento y una película de Au de un solo átomo de espesor. se obtuvo con éxito mediante el estiramiento mecánico in situ de nanoestructuras bicristalinas/policristalinas de Au. Los resultados de la investigación relevante se publicaron en ACS nano con el título "Membranas de oro bidimensionales independientes producidas por adelgazamiento mecánico extremo".
Enlace del artículo:
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c06697
Durante el proceso de deformación plástica de materiales, defectos, interfaces, etc. Son más fáciles de producir concentración de tensión o localización de tensión. A escala micronano, esta localización de la tensión promoverá un rápido estrechamiento local del material, lo que provocará un adelgazamiento mecánico. Con base en esta característica de deformación, los investigadores han diseñado específicamente una variedad de nanoestructuras bicristalinas/policristalinas de Au. En condiciones sin sustrato, sin aleación y sin tratamiento químico, solo a través de la deformación plástica se pueden transformar los límites de los granos. induciendo que la película bidimensional de Au se nuclee preferentemente en los límites de los granos, y luego los núcleos cristalinos continúan creciendo a través de la expansión gradual de la interfaz película/matriz (Figura 1). El análisis microestructural y el modelo teórico muestran que esta película de Au bidimensional tiene una estructura hexagonal simple de una sola capa (Figura 2)
Figura 1. (a-f) Nucleación y crecimiento inducidos por tensión de la película de Au 2D y proceso de ruptura. ( gj ) Proceso de crecimiento interfacial de películas delgadas 2D-Au a escala atómica. (k) Diagrama de principios.
Figura 2. Estructura atómica hexagonal simple de una sola capa (hexagonal simple, SH) de una película 2D-Au. La dislocación de la interfaz coordina el desajuste parcial de la red y la diferencia de orientación en la interfaz entre la película SH y la película SH. Matriz FCC.
La caracterización in situ de alta resolución aclaró aún más el mecanismo cinético de nucleación y crecimiento de películas bidimensionales de Au a escala atómica. Los resultados muestran que el proceso de evolución de defectos impulsado por el estrés, incluido el deslizamiento y ascenso de las dislocaciones de la interfaz y la difusión y migración de los átomos de la interfaz, es el mecanismo clave para la formación de películas de Au bidimensionales (Figura 3). Un gran número de pruebas han demostrado que los defectos de la red en nanoestructuras metálicas, como límites de grano, límites gemelos, dislocaciones, grietas, etc., pueden servir como sitios de nucleación preferenciales para películas metálicas bidimensionales. A través del mecanismo anterior, hemos logrado con éxito la preparación mecánica a temperatura ambiente de una variedad de materiales de películas metálicas bidimensionales (como Pt, Ag, etc.).
Figura 3. (a-d) La película 2D-Au se nuclea a partir del límite gemelo de la red (ITB) y luego crece bajo inducción de estrés. (e-i) Con el deslizamiento y ascenso de las dislocaciones de la interfaz, la película 2D-Au crece rápidamente. (j) Estructura atómica en la interfaz entre la película 2D-Au y el sustrato.
Los experimentos de control bajo irradiación de electrones en dosis altas y sin estrés muestran que la irradiación con haz de electrones desempeña un papel auxiliar relativamente limitado en la preparación de películas de Au bidimensionales. La irradiación con haz de electrones puede activar un movimiento de dislocación limitado hasta cierto punto, promover la difusión y migración de átomos/vacantes en la película o interfaz, promoviendo así la formación y el crecimiento de la película de Au bidimensional (Figura 4), pero solo cuando el electrón dosis del haz Los efectos significativos ocurren sólo con valores más altos. No obstante, la irradiación con haz de electrones también proporciona un método eficaz para la preparación de materiales bidimensionales metálicos de un solo elemento.
Figura 4. La irradiación con haz de electrones ayuda a la preparación de películas delgadas de Au 2D, activando el movimiento de dislocación limitado, promoviendo la difusión y migración de átomos/vacantes en la superficie de la película, etc.
Este trabajo combina medios mecánicos. Las películas metálicas bidimensionales preparadas con éxito mediante ingeniería de defectos proporcionan nueva inspiración para la preparación de otros tipos de materiales bidimensionales utilizando un enfoque "de arriba hacia abajo".
Los resultados de la investigación de este artículo fueron financiados por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China.
*Gracias al equipo de autores por su firme apoyo a este artículo.