全世界对石墨烯等薄原子材料研究的热情

全世界对石墨烯等薄原子材料研究的热情


在全球对石墨烯等原子薄材料的狂热中，一个领域没有系统的分析——尽管这一信息对于许多潜在的应用至关重要，包括海水淡化、DNA测序、量子通信设备和计算系统。

麻省理工学院的研究人员现在通过创建一个精确尺寸和形状的目录来解决这个问题，当从原子晶格中移除一定数量的原子时，最有可能被观察到（理论上更可行）。研究生Ananth Govind Rajan、化学工程教授Daniel Blankschtein和M.在麻省理工学院、洛克希德马丁空间学院和牛津大学的《自然材料杂志》上发表了另外四篇论文。

Strano说，这是石墨烯领域中一个长期存在的问题，我们称之为具有纳米孔的同分异构体的分类。他说，对于那些想使用石墨烯或类似的二维片状材料进行化学分离或过滤应用的人来说，我们只需要了解可能存在的原子缺陷的类型，我们已经知道了。从来没有见过比这更多的人。

例如，布兰克施泰因指出，从石墨烯的六角形鸡丝阵列中只移除八个连续的碳原子，所产生的孔可能有66个不同的可能形状。当移除的原子数量增加到12个时，可能形状的数量跳到3226个，移除的原子30个，可能有4000亿个。事实上，这些形状中只有少数是被发现的，因此预测实际发生的形状的能力对于研究人员来说是非常有用的。

Strano说，事实上，由于缺乏关于哪些洞是真正形成的信息，所以它是这样做的，因为它将你模拟的东西与实验室中实际可测量的东西断开。他说，这个实际可能形状的新目录将使为特定目的搜索材料更容易管理。

Strano说，分析的能力取决于许多以前没有的工具。10年前你还不能解决这个问题。但是现在，研究人员利用化学图论、精确的电子结构计算和高分辨率扫描电子显微镜等工具，捕捉到了显示单个原子

研究小组称这些空穴为晶格反分子，并根据被移除的原子的形状来描述它们。这是第一次，这种方法为描述这些复杂形状的整个集合提供了一个简单而连贯的框架。Govind Rajan说，在过去，如果你谈论的是材料中的孔，那么他补充道：没有办法识别出具体的孔。一旦人们开始更频繁地制造这些孔，最好有一个命名约定来识别它们。

Strano解释说，这个新目录有助于打开潜在的应用程序。缺陷是好的和坏的。有时你想阻止它们，因为它们削弱了材料，但有时你想制造它们并控制它们的大小和形状，例如过滤、化学处理或DNA测序，只有特定的分子才能通过另一个应用可能是量子计算或通信设备，在这些设备中，特定大小和形状的孔被调整为发射特定颜色和能级的光子。

Govind Rajan说，除了对材料的机械性能有影响外，空穴还影响电子、磁性和光学性能。

Strano预测这项工作将是研究二维材料缺陷的一个有价值的工具，因为它将使研究人员能够找到有前途的缺陷类型，而无需根据理论上可能出现的无数形状对其进行分类，这些形状是不可能形成的。

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