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发布时间:2020-03-31 12:24    浏览次数 :

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石墨烯的行为会受到基础材料的强烈影响

麻省理工学院研究人员的一项新发表的研究详细介绍了当将石墨烯片放置在由不同材料制成的基板上时,石墨烯的行为如何能够大大不同,发现石墨烯受到其下面材料中原子电场的强烈影响

当您查看礼物包装好的礼物时,包装纸的基本特性说,其颜色和质地通常不会因里面的礼物的性质而改变

但是,麻省理工学院进行的令人惊讶的新实验表明,一种称为石墨烯的单原子厚材料是一种纯碳形式,其原子连接在类似鸡丝的晶格中,其行为取决于所包裹材料的性质

当将石墨烯片放置在由不同材料制成的基板上时,取决于底层材料的性质,诸如石墨烯如何导电以及其如何与其他材料发生化学相互作用等基本性能可能会大大不同

麻省理工学院化学工程学的查尔斯和希尔达·罗德迪教授迈克尔·斯特拉诺(michael strano)说,我们对发现这种改变的行为感到非常惊讶,他是本周发表在《自然化学》杂志上的论文的高级作者

我们希望它的行为像石墨一样,是众所周知的碳形式,用于制造铅笔中的铅,其结构本质上是多层石墨烯,彼此堆叠

但事实证明,它的行为却大不相同

斯特拉诺说,石墨烯非常奇怪

由于其极薄的特性,实际上石墨烯几乎总是置于其他某种材料之上以进行支撑

当下面的材料是二氧化硅(电子设备中使用的标准材料)时,石墨烯在暴露于某些化学物质时很容易变得功能化

但是,当石墨烯位于氮化硼上时,它几乎不会与相同的化学物质发生反应

strano说,这非常违反直觉

您可以根据下面的内容关闭和打开石墨烯形成化学键的能力

载笑载言 事实证明,其原因是该材料太薄,以至于其反应方式受到其下材料中原子电场的强烈影响

这意味着可以创建具有微图案化基板的设备,该基板由一些二氧化硅区域和一些涂有氮化硼的石墨层所覆盖,石墨烯层的化学行为随隐藏的图案而变化

例如,这可以实现传感器微阵列的生产,以检测痕量生物或化学物质

该论文的主要作者,麻省理工学院博士后王庆华说,您可以在不破坏生物分子本身的情况下,使不同分子的精细生物标记物与石墨烯表面的这些区域相互作用

用于这种图案化表面的当前大多数制造技术涉及会破坏这些敏感生物分子的热和反应性溶剂

strano说,石墨烯最终甚至可以成为许多材料的保护涂层

例如,单原子厚的材料与铜结合后,可以完全消除金属的氧化趋势(这会产生铜屋顶的特征性蓝绿色表面)

他说,它可以完全消除腐蚀,几乎就像魔术一样,只需轻轻地涂一层涂层即可

为了解释为什么石墨烯会表现出这种行为,我们提出了一种新的电子转移理论,该理论解释了石墨烯受基础材料影响的方式

许多化学家都没有想到这一点,结果,石墨烯在不同情况下的反应方式似乎发生了不可预测的变化,使他们感到困惑

他说,这种新的理解也可以用来预测其他基材上的材料性能

莱斯大学化学与计算机科学教授詹姆斯·图尔(james tour)并未参与此项研究,他说:“这是对底物对石墨烯化学反应性影响的第一个系统研究

这是一项非常仔细的研究,结果令人信服

我预计它将成为经常被引用的出版物

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wang补充说,这是一个相当普遍的结果,可以用来预测许多不同构型的化学行为

她说,我们认为其他团体也可以采用这个想法,并由此真正发展出不同的东西

tour同意,他说,这项工作将激发石墨烯传感界去探索更多的底物,以优化石墨烯的反应性

她说,对于麻省理工学院的团队来说,下一步就是深入研究双层石墨烯如何反应的细节

它的行为似乎与单层材料不同

这项工作主要得到美国海军研究办公室的支持

经mit新闻许可转载

载笑载言综合报道

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