Міцніший за графен. Вчені створили інноваційний композитний матеріал
Вчені створили новий двовимірний вуглецевий матеріал, який за міцністю перевершує графен і при цьому стійкий до розтріскування. Це важливе досягнення, оскільки крихкість була серйозною проблемою для матеріалів на основі вуглецю.
Новий матеріал, відомий як моношаровий аморфний вуглець (МАУ), має унікальне поєднання міцності та жорсткості. Згідно з дослідженням, опублікованим у журналі Matter, МАУ у вісім разів міцніший за графен.
Як і графен, МАУ є двовимірним матеріалом товщиною в один атом. Однак, на відміну від графену з його впорядкованою кристалічною решіткою, новий матеріал має композитну структуру, що включає як кристалічні, так і аморфні області. Саме ця структура надає матеріалу його видатної міцності та стійкості до поширення тріщин.
«Ця унікальна конструкція перешкоджає швидкому поширенню тріщин, даючи змогу матеріалу поглинати більше енергії перед руйнуванням», — каже один з авторів дослідження.
Це відкриття має величезне значення для розвитку двовимірних матеріалів, які вже зараз використовуються в різних галузях, від електроніки до енергетики. Усунення проблеми крихкості дасть змогу значно розширити спектр застосування цих матеріалів у майбутньому.
Для створення більш міцних двовимірних наноматеріалів можна використовувати два підходи: «зовнішнє зміцнення» шляхом додавання армуючих наноструктур або «внутрішнє зміцнення» шляхом зміни структури матеріалу. Площинна структура МАУ ідеально підійшла для вивчення в’язкості руйнування нанокомпозитів, що складаються з упорядкованих і невпорядкованих областей.
«Ми вважаємо, що ця стратегія зміцнення на основі структури може працювати і для інших двовимірних матеріалів, тож ця робота відкриває захопливі можливості для проєктування сучасних матеріалів», — каже один з авторів дослідження.
Дослідники використовували різні методи, щоб вивчити властивості МАУ. За допомогою випробування на розтягнення in situ вони спостерігали за утворенням і поширенням тріщин у реальному часі. Моделювання молекулярної динаміки дало їм змогу вивчити структуру матеріалу на атомному рівні та зрозуміти, як суміш кристалічних і аморфних областей впливає на енергію руйнування.
«Цього не робили раніше, тому що створення і візуалізація ультратонкого, невпорядкованого матеріалу на атомному рівні - надзвичайно складне завдання, — каже один із дослідників. — Однак завдяки останнім досягненням у галузі синтезу наноматеріалів і візуалізації з високою роздільною здатністю ми змогли відкрити новий підхід до того, щоб зробити двовимірні матеріали міцнішими без додавання додаткових шарів».
