Wat als pinda broos, onder bepaalde omstandigheden, gedroeg zich als taffy? Zoiets gebeurt met een tweedimensionaal dichalcogenide dat is geanalyseerd door wetenschappers van Rice University.

Rijstonderzoekers berekenden dat atomair dunne lagen molybdeendisulfide de eigenschappen van plastic kunnen aannemen door blootstelling aan een met zwavel doordrenkt gas bij de juiste temperatuur en druk.

Dat betekent dat je het kunt vervormen zonder het te breken - een eigenschap die veel materiaalwetenschappers die tweedimensionale materialen bestuderen interessant zouden moeten vinden, volgens Rice, theoretisch fysicus Boris Yakobson en postdoctoraal onderzoeker Xiaolong Zou; zij leidden de studie die verscheen in het tijdschrift American Chemical Society Nano-letters .

Molybdeendisulfide, het object van studie in veel laboratoria vanwege zijn halfgeleidende eigenschappen, interesseerde het Rice-lab vanwege de kenmerken van zijn korrelgrenzen. Tweedimensionale materialen zoals grafeen zijn eigenlijk plat, atoomdikke platen. Maar 2-D molybdeendisulfide is een sandwich, met zwavellagen boven en onder de molybdeenatomen.

Wanneer twee platen onder verschillende hoeken samenkomen tijdens de groei in een oven, atomen aan de grenzen moeten compenseren door "defecte" arrangementen te improviseren, dislocaties genoemd, waar ze samenkomen.

De onderzoekers hebben vastgesteld dat het mogelijk is om de beweging van die dislocaties te bevorderen door omgevingsbeheersing van het gasmedium. Dit zou de eigenschappen van het materiaal veranderen om het superplasticiteit te geven, waardoor het kan worden vervormd voorbij het gebruikelijke breekpunt.

Kunststof materialen kunnen worden herschikt en behouden hun nieuwe vorm. Bijvoorbeeld, een loodgieter kan een metalen pijp buigen; die buigbare kwaliteit is plasticiteit. Yakobson merkte op dat dergelijke materialen weer broos kunnen worden bij verdere veranderingen in de omgeving.

"Over het algemeen, de koppeling van scheikunde en mechanica is vrij zeldzaam en wetenschappelijk moeilijk te begrijpen, " zei Yakobson, wiens groep bij Rice materialen analyseert door de energieën te berekenen die hun atomen binden. "Corrosie is het beste voorbeeld van hoe chemie mechanisch gedrag beïnvloedt, en de wetenschap van corrosie is nog in ontwikkeling."

Voor molybdeendisulfide, ze vonden twee mechanismen waarmee grenzen activeringsenergiebarrières konden overwinnen en tot superplasticiteit konden leiden. In de eerste, directe rebonding genoemd, slechts één molybdeenatoom in een dislocatie zou verschuiven als reactie op externe krachten. In de seconde, binding rotatie, verschillende atomen zouden in tegengestelde richtingen verschuiven.

Ze berekenden dat de barrière voor directe rebonding, hoewel minder dramatisch, veel lager is dan voor obligatierotatie. "Door het rebonding pad, de mobiliteit van dit defect verandert met verschillende ordes van grootte, " Zei Yakobson. "We weten uit de mechanica van materialen dat brosse of taaie eigenschappen worden bepaald door de mobiliteit van deze dislocaties. Wat we laten zien is dat we de materiële eigendom kunnen beïnvloeden, de rekbaarheid, van het materiaal."

Yakobson suggereerde dat het mogelijk zou kunnen zijn om de plasticiteit van dichalcogeniden in het algemeen af ​​te stemmen en dat het ook mogelijk zou kunnen zijn om de defecten van een 2-D dichalcogenidevel te elimineren door de dislocaties te behandelen "zodat ze snel kunnen diffunderen en verdwijnen of interessante vormen kunnen vormen. geaggregeerde staten." Dat zou waarschijnlijk de weg openen naar een eenvoudigere productie van dichalcogeniden die bepaalde elektrische of mechanische eigenschappen nodig hebben voor toepassingen, hij zei.

"We zien deze tweedimensionale materialen als een open canvas, theoretisch gesproken, ' zei hij. 'Je kunt er heel snel veranderingen in lezen en schrijven. Bulkmaterialen hebben deze openheid niet, maar hier, elk atoom bevindt zich in de onmiddellijke nabijheid van de omgeving."