石墨烯結(jié)構(gòu)中單個(gè)錯(cuò)位可被操控

科技日?qǐng)?bào)柏林8月18日電 (記者顧鋼)金屬材料通過(guò)有針對(duì)性的折疊可展現(xiàn)全新的屬性，雖然這僅是金屬微觀結(jié)構(gòu)上的錯(cuò)位，不到百萬(wàn)分之一毫米，但對(duì)性能影響很大。現(xiàn)在，德國(guó)埃朗根—紐倫堡大學(xué)愛(ài)德曼·斯比克教授研究團(tuán)隊(duì)在石墨烯中找到了一種直接接觸和移動(dòng)這種錯(cuò)位的方法，這也為研究石墨烯納米結(jié)構(gòu)材料和拓展其性能鋪平了道路。該研究已于近日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

人們?cè)缇椭澜饘倏梢栽诓黄屏训那闆r下變形，但這種變形原因直到20世紀(jì)40年代才被發(fā)現(xiàn)，即金屬原子層面的晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷，所謂錯(cuò)位。當(dāng)金屬變形時(shí)，產(chǎn)生數(shù)以百萬(wàn)計(jì)錯(cuò)位并穿透材料。錯(cuò)位是金屬材料軋制和鍛造等加工技術(shù)的基礎(chǔ)，也在日常生活中發(fā)揮重要作用，例如，汽車撞擊時(shí)發(fā)生的金屬材料變形吸收了撞擊能量，從而可能拯救生命。

5年前，斯比克團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了所謂的雙層石墨烯錯(cuò)位，這是由兩個(gè)碳原子層構(gòu)成的物質(zhì)。斯比克教授稱：“當(dāng)我們?cè)谑┲邪l(fā)現(xiàn)錯(cuò)位時(shí)，我們意識(shí)到已經(jīng)找到了一種研究材料變形的理想模型系統(tǒng)。”但僅僅發(fā)現(xiàn)錯(cuò)位是不夠的，還必須找到一種利用錯(cuò)位的方法。

為了能夠拍攝到錯(cuò)位，研究人員采用了可在納米尺度觀測(cè)的電子顯微鏡。參與這項(xiàng)最新研究的博士研究生施瓦澤介紹說(shuō)：“我們不僅可以看到試樣納米結(jié)構(gòu)，而且可以直接與它們互動(dòng)。例如，我們能夠機(jī)械地移動(dòng)納米結(jié)構(gòu)，定義熱量或產(chǎn)生電勢(shì)。”該裝置的核心是一架小型機(jī)器人手臂，可以精確定位百萬(wàn)分之一毫米。機(jī)器人手臂配有細(xì)針，可以在試樣表面移動(dòng)，操縱單個(gè)錯(cuò)位。

研究人員最初對(duì)石墨烯抵抗機(jī)械應(yīng)力的能力感到驚訝，設(shè)想在只有兩層碳原子試樣上用針尖施壓，大多數(shù)材料都無(wú)法承受，但石墨烯畢竟是機(jī)械耐久性的世界紀(jì)錄保持者，這使得研究人員能夠用細(xì)鎢尖針接觸材料表面并移動(dòng)錯(cuò)位。只有通過(guò)這種方式，科學(xué)家才能證明錯(cuò)位基本理論，同時(shí)也能獲得關(guān)于錯(cuò)位如何相互影響和相互作用的新見(jiàn)解。