Origami in 2D-Materialien verstehen

Anonim

Einer von fünf Mobiltelefonnutzern in Großbritannien hat laut einer YouGov-Umfrage den Bildschirm geknackt, indem er das Telefon innerhalb von drei Jahren fallen ließ. Die mobilen Bildschirme brechen leicht, weil sie normalerweise aus einem oxidischen Material hergestellt sind, das es dem Touchscreen ermöglicht, zu funktionieren, aber leicht bricht. Im Gegensatz dazu könnten Graphen und andere 2-D-Materialien auch als effiziente mobile Touchscreens fungieren, sind jedoch sehr biegsam. Diese Materialien versprechen daher eine Revolution der flexiblen Elektronik mit dem Potenzial zur Herstellung unzerbrechlicher Handy-Displays.

Aufgrund der Materialflexibilität werden 2D-Materialien bereits in fortschrittlichen Verbundwerkstoffen eingesetzt, um die Leistung von Sportgeräten wie Skiern oder Tennisschlägern zu optimieren und das Gewicht von Fahrzeugen zu reduzieren. Auch Elektronikanwendungen könnten von neuen robusten 2-D-Materialien wie Graphen profitieren. Die Fähigkeit, sich zu biegen und zu dehnen, ist für all diese Anwendungen unerlässlich, und neue Forschungen haben gezeigt, was passiert, wenn atomar dünne Materialien gefaltet werden wie Origami.

Wissenschaftler von The University of Manchester haben in Nature Communications die Faltung von 2-D-Materialien auf der Ebene einzelner atomarer Schichten untersucht. Der leitende Forscher Dr. Aidan Rooney sagte: "Indem wir diese Falten so detailliert analysiert haben, haben wir ein völlig neues Biegeverhalten entdeckt, das uns zwingt, erneut zu untersuchen, wie sich Materialien verformen."

Eine der besonderen Falten, die sie beobachtet haben, heißt Zwilling; für die das Material eine perfekte Spiegelung von sich selbst auf jeder Seite der Biegung ist. Professorin für Materialcharakteristik Sarah Haigh sagt: "Während ich in Oxford Materialwissenschaften studierte, lernte ich sehr früh in meinem Kurs die Struktur der Zwillingsbiegung in Graphit aus Lehrbuchillustrationen. Unsere jüngsten Ergebnisse zeigen jedoch, dass diese Lehrbücher korrigiert werden müssen Es ist nicht oft so, dass man als Wissenschaftler Schlüsselannahmen umstößt, die es seit über 60 Jahren gibt. "

Die Forscher fanden heraus, dass im Gegensatz zu früheren Modellen Falten in Schichtmaterialien wie Graphit und Graphen über viele Atome delokalisiert sind - nicht scharf, wie es immer angenommen wurde. Effektiv wird ein winziger Bereich einer Nanoröhren-ähnlichen Krümmung in der Mitte der Biegung erzeugt. Dies hat einen großen Einfluss auf die Materialfestigkeit und die Fähigkeit, sich zu biegen und zu dehnen. Andere komplexe Faltungsmerkmale wurden ebenfalls beobachtet.

Robert Young, Professor für Polymerwissenschaften und -technologie, kommentierte: "Wir haben herausgefunden, dass die Art der Faltung anhand der Anzahl der Atomlagen und des Winkels der Biegung vorhergesagt werden kann - das bedeutet, dass wir das Verhalten dieser Materialien genauer modellieren können für verschiedene Anwendungen, um ihre Festigkeit oder ihre Versagensfestigkeit zu optimieren. "

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