"Toen we de literatuur raadpleegden, ontdekten we zelfs dat hetzelfde gold voor grafeen. We konden voor deze materialen geen verslag vinden van de diffusiedynamiek op het niveau van één molecuul, wat ons motiveerde om dit probleem aan te pakken."

De onderzoekers gebruikten een fluorescerende oppervlakteactieve stof, dat wil zeggen gloeiende zeep, om de nanomateriaalmonsters te labelen en hun beweging zichtbaar te maken. Dankzij video's van deze beweging konden onderzoekers de trajecten van de monsters in kaart brengen en de relatie bepalen tussen hun grootte en hoe ze bewegen.

"Uit onze observatie hebben we een interessante trend gevonden tussen de snelheid van hun beweging en hun grootte", zei Umezaki. "We zouden de trend kunnen uitdrukken met een relatief eenvoudige vergelijking, wat betekent dat we de beweging wiskundig kunnen voorspellen."

Grafeen bleek langzamer te bewegen in de vloeibare oplossing, mogelijk vanwege het feit dat de lagen dunner en flexibeler zijn dan hexagonaal boornitride, wat aanleiding geeft tot meer wrijving. Onderzoekers zijn van mening dat de formule die uit het experiment is afgeleid, kan worden gebruikt om te beschrijven hoe andere 2D-materialen in vergelijkbare contexten bewegen.

"Het is belangrijk om te begrijpen hoe diffusie in een besloten omgeving voor deze materialen werkt, omdat ⎯ als we bijvoorbeeld vezels willen maken ⎯ we deze materialen extruderen via zeer dunne injectoren of spindoppen", zegt Martí. "Dit is dus de eerste stap om te begrijpen hoe deze materialen zich beginnen te assembleren en zich gedragen wanneer ze zich in deze besloten omgeving bevinden."

Als een van de eerste onderzoeken naar de hydrodynamica van 2D-nanoplaatmaterialen, helpt het onderzoek een leemte in het veld op te vullen en zou het een belangrijke rol kunnen spelen bij het overwinnen van uitdagingen op het gebied van de fabricage van 2D-materialen.

"Ons uiteindelijke doel bij het bestuderen van deze bouwstenen is om macroscopische materialen te kunnen genereren", zei Martí.

Anatoly Kolomeisky, hoogleraar scheikunde en chemische en biomoleculaire technologie bij Rice, en Matteo Pasquali, de A.J. Hartsook, hoogleraar chemische en biomoleculaire technologie en hoogleraar scheikunde, materiaalkunde en nano-engineering, zijn corresponderende auteurs van het onderzoek.

Meer informatie: Utana Umezaki et al, Brownse diffusie van zeshoekige boornitride-nanoplaten en grafeen in twee dimensies, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c11053

Journaalinformatie: ACS Nano

Aangeboden door Rice University