纳米科学:完美的石墨烯涂层!

时间:

2020-06-22 20:42:31

纳米科学:制作完美的石墨烯涂层!

石墨烯是一种只有一个碳原子厚度的超薄神奇材料。它有着令人印象深刻的应用前景,如耐磨、无摩擦涂层等。但首先制造商必须能够在精确控制下生产大量石墨烯。Dirkvanbaarle研究了石墨烯如何在原子尺度上生长,以及决定与其他材料摩擦的因素。

机器几乎没有摩擦,耐磨涂层可以大大节省燃料和维护成本。在纳米技术领域,这种涂层甚至可能有我们目前无法预测的应用。在他的博士研究中,迪尔克万巴勒研究了石墨烯,这是一种涂层的候选材料。范巴勒:生产质量可预测的石墨烯是一个相当大的挑战。

如果材料碳原子的网状结构是完全规则的,那么石墨烯只有超强的强度。但用目前的生产方法,一片石墨烯实际上几乎总是通过嫁接在一起。Vanbaarle可以观察几乎每个碳原子的石墨烯岛是如何相互生长的,以及工艺如何受到温度和衬底的影响。这是生产更大、更完美的石墨烯片的第一步。

当一个非常干净的铱表面在700摄氏度左右的温度下与乙烯(C2P,碳氢化合物)接触时,石墨烯就会自发地产生。气体分子在热表面分解,留下碳原子,碳原子在鸡线上自发地形成一个连接的六角形网络。

在他的研究中,范巴尔在惠更斯卡梅林厄内斯实验室使用了一种独特的设备,Vt-STM(可变温度扫描隧道显微镜)。该装置由一支小笔组成,只有几个原子的粗针尖。它可以以如此高的精度系统地扫描表面(你实际上所做的是测量针和表面之间的电流),你甚至可以区分单个原子。莱顿的仪器是独一无二的,它可以做到这一点,即使在高温和不断变化的温度。

一个重要的发现是,原子过程不仅发生在石墨烯的生长层中。事实上,铱的表面与基片中的原子层不完全匹配。铱在石墨烯生长的表面上形成宽台阶。然而,这些步骤可以在石墨烯下继续生长,或者由于衬底中铱原子的再放电而被撤回。为了形成一个完美的石墨烯片,这个过程也必须受到严格控制。

在他的研究的理论部分中,范巴亚尔提出了一个关于原子级摩擦发生的模型。当两个表面相互滑动时,实际接触点的尺寸只有纳米,只有极少量的原子。当纳米凸起的硬度接近平均时,摩擦力达到最大值:不太软,但不太硬。

Vanbaarle:我的一位同事目前正在使用光刻技术,这一技术也用于计算机芯片,用纳米针头涂抹物体。这些针的硬度不同,取决于它们弯曲的方向。这意味着表面的摩擦在不同的方向上是不同的。例如,这可能有助于在旋转轴上涂上涂层,以防止其水平移动。

在内部,我们在设备中使用石墨烯涂层来减少摩擦,Vanbaarle解释说。怪不得我们的joostfreken教授获得了一个不寻常的奖项。

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