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研究表明石墨烯形成帶電皺褶

2018-06-28 13:57:45 作者：本網整理來源：材料十分享至：

在英國皇家學會會刊 A上發表的一項研究數學表明，在輕微的側向壓縮下輕微擠壓側面的石墨烯片會發生什么情況。研究人員表示，層狀石墨烯形成尖銳的鋸齒狀扭結，結果具有令人感興趣的電性能，而不是在整個表面上形成光滑，平緩傾斜的經線和皺紋。

“我們稱之為量子撓曲電折痕，”布朗工程學院教授，該論文的資深作者Kyung-Suk Kim說。“有趣的是，每條皺紋都會在表面產生一個非常細的強電荷，我們認為這種電荷在各種應用中都可能有用。”

Kim說，這種電荷是由石墨烯晶格中碳原子周圍的電子的量子行為產生的。當原子層彎曲時，電子云會變得集中在層平面之上或之下。該電子濃度導致彎曲部位局部化為尖銳點，并產生大約1納米寬的電荷線并且運行皺紋的長度。在升高的山脊頂端收費為負值，沿山谷底部收取負值。

Kim和他的同事們說，這種電費可能非常有用。例如，它可以用于指導納米級自組裝。帶電的皺紋吸引帶有相反電荷的粒子，使它們沿著皺紋的山脊或山谷組裝。事實上，Kim說，在以前的實驗中已經觀察到沿著皺紋的顆粒組裝，但是當時觀察結果缺乏明確的解釋。

那些以前的實驗涉及石墨烯片和巴基球 - 由60個碳原子形成的足球形分子。研究人員將巴克球扔到不同種類的石墨烯片上，觀察它們是如何分散的。在大多數情況下，巴基球隨機鋪在一層石墨烯上，像彈珠掉落在光滑的木地板上。但是在一種稱為HOPG的特殊類型的多層石墨烯上，這些球會自發地組裝成伸展在表面上的直鏈。金認為彎曲電皺紋可以解釋這種奇怪的行為。

“我們知道HOPG在生產時自然會形成皺紋，”Kim說。“我們認為正在發生的事情是，由皺紋產生的線電荷導致巴克球，它們在線電荷附近有一個電偶極子排列起來。”

類似地，在石墨烯上的生物分子如DNA和RNA的實驗中已經看到了奇怪的行為。分子有時會將自己排列成獨特的模式，而不是像人們所期望的那樣隨機跳出。Kim和他的同事們認為這些影響也可以追溯到皺紋。大多數生物分子具有固有的負電荷，這導致它們沿著帶正電荷的皺谷排列。

設計起皺的表面可以充分利用撓曲電效應。例如，Kim設想一個皺折的表面，可以使DNA分子以直線伸展，使其更容易排列。

“現在我們明白為什么這些分子排列他們所做的事情了，我們可以考慮用特定的皺紋模式制造石墨烯表面，以特定的方式操縱分子，”Kim說。

布朗金的實驗室多年來一直致力于納米皺紋，皺紋，折痕和褶皺。他們已經表明，可以仔細控制這些結構的形成，從而增強為各種應用量身定做的皺紋石墨烯的可能性。

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責任編輯：韓鑫

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