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世界上最小的扫帚:可以清洁单层石墨烯?
2020年04月21日 发布 分类:技术前沿 点击量:1047
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弗里德里希亚历山大大学(Friedrich Alexander Universität Erlangen-Nürnberg 以下简称:FAU)的一个团队开发出一种新的纳米级表面的机械清洗方法。这项技术成功地将最小的污染物去除到原子尺度,实现了前所未有的清洁程度。

这项由FAU材料科学系的Erdmann Spiecker博士领导的这项研究的结果现在已经发表在著名的《自然通讯》杂志上。

像扫帚一样清洁?莫非是世界上最小的扫帚

 

这项技术的灵感来源于日常生活,就像用扫帚清洁一样。当然,在纳米尺度上,大可不必使用整个扫帚,研究人员只是取了一个非常小的金属尖端形式的单个鬃毛。这种“鬃毛”被压在一个表面上,并以一种扫掠的方式来回移动。

“它真的和普通扫帚惊人地相似。扫帚可以清除灰尘或面包屑等松散的颗粒,在纳米尺度上其实也并没有什么不同。”德国联邦农业大学材料科学系Erdmann Spiecker博士,微纳米结构研究主席赞誉道。

在纳米尺度上,“扫帚”不是并不是用手控制的,而是用一个小型压电马达来控制操纵杆。此外,他们还利用了强大的电子显微镜对清洗过程进行实时监控。

试试扫一下世界上最薄的材料?

研究并未到此结束,小组成员还成功地将他们的技术应用到现存最薄的材料上——用来清洁单原子层的石墨烯。

“一个主要的挑战是从两侧清洁石墨烯,就像清洁一块玻璃一样,”微纳米结构研究主席、研究助理彼得•施韦泽(Peter Schweizer)说,他与同事克里斯蒂安•多尔(Christian Dolle)一起在电子显微镜的帮助下进行了这项精密的实验。

“石墨烯以其机械强度而闻名。然而,一个单原子层能够承受清洁过程中的高机械力而不受损害,着实令人惊讶。”Spiecker博士补充说,“当我们第一次告诉同事们这件事时,他们并不相信我们。”

 

万物均会脏——即使放在纳米尺度上

原子表面的清洁实验使研究成员有机会探索在纳米尺度上再污染的起源和机制。

“把一个干净的样本留在空气中会导致灰尘在其表面迅速积聚这并不奇怪,因为我们都太熟悉灰尘沉降在我们的家,这在纳米尺度上没有理由有所不同。”Spiecker博士说。

除了空气中的污染,研究小组还发现,当清洁后的样本被放入真空环境中时,表面扩散也很普遍,这是科学实验中经常遇到的现象。

清洁的原子表面有利于分子组装哦

最后,研究小组使用清洁的原子表面作为基础,从分子构建模块定向组装原子薄层。化学系合成的卟啉分子被应用于清洁的表面,并通过高功率电子束焊接到位,结果得到了具有纳米晶结构的类石墨烯单层膜。

FAU培养的跨学科研究

论文结尾强调了FAU在材料研究领域的优势之一:跨部门、跨院系、跨学科的研究。

来自化学系的安德烈亚斯·赫希博士和他的团队为纳米结构组装提供了重要的化学物质,也为研究表面化学过程提供了宝贵的见解;DFG资助的CRC 953“合成碳同素异形体”和RTG 1896“电子、X射线和扫描探针原位显微镜”项目进一步支持了这一合作。

最后,如果没有FAU纳米分析和电子显微镜中心(CENEM)的优秀设备,这项研究是不可能的。

材料参考链接:https://www.fau.de

粉体圈 编译 YUXI

 


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