Grafen od lat uznawany jest za jeden z najmocniejszych znanych materiałów. Jednak jego podatność na nagłe pęknięcia ogranicza szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach. Teraz naukowcy z Rice University i Narodowego Uniwersytetu Singapuru (NUS) odkryli nowy, przełomowy materiał – monowarstwowy węgiel amorficzny (MAC). Ten innowacyjny materiał łączy cechy zarówno struktur krystalicznych, jak i amorficznych, czyniąc go osiem razy bardziej wytrzymałym niż grafen. Szczegóły opisano w Matter.
MAC to nowy supermateriał
Podczas gdy atomy grafenu układają się w regularną, heksagonalną strukturę, MAC jest materiałem kompozytowym, w którym uporządkowane regiony krystaliczne przeplatają się z obszarami amorficznymi. Ta nietypowa budowa sprawia, że materiał jest wyjątkowo odporny na propagację pęknięć, co oznacza, że absorbuje więcej energii przed całkowitym uszkodzeniem.
Czytaj też: Historyczna obserwacja zachowania elektronów wykazuje coś niebywałego na temat grafenu
Warto wspomnieć, że materiały dwuwymiarowe, jak grafen, zrewolucjonizowały wiele dziedzin – od elektroniki, przez magazynowanie energii, po technologie czujników i urządzenia noszone. Jednak ich kruchość stanowiła dotąd istotne ograniczenie. MAC może to zmienić, otwierając drzwi do nowych zastosowań.
Naukowcy podkreślają, że wzmacnianie materiałów 2D może przebiegać na dwa sposoby: poprzez dodanie dodatkowych nanostruktur lub poprzez modyfikację samej struktury materiału. MAC to modelowy przykład drugiej metody, ponieważ jego struktura łączy uporządkowane regiony krystaliczne z nieuporządkowaną matrycą amorficzną, co czyni go znacznie bardziej odpornym na pękanie.
Aby sprawdzić wyjątkowe właściwości MAC, naukowcy zastosowali zaawansowane techniki badawcze. Użyli testów wytrzymałościowych przeprowadzanych wewnątrz skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM), które pozwoliły na obserwację propagacji pęknięć w czasie rzeczywistym. Dodatkowo, zespół z Massachusetts Institute of Technology (MIT) wykorzystał symulacje dynamiki molekularnej, aby przeanalizować na poziomie atomowym, jak amorficzno-krystaliczna struktura MAC wpływa na jego odporność mechaniczną.
Prof. Yimo Han, współautorka badania, mówi:
Tego typu badania były wcześniej niemożliwe do przeprowadzenia, ponieważ synteza i obrazowanie ultracienkich, nieuporządkowanych materiałów na poziomie atomowym stanowi ogromne wyzwanie. Dzięki postępowi w dziedzinie nanomateriałów i obrazowania wysokiej rozdzielczości udało nam się odkryć nowy sposób na zwiększenie wytrzymałości materiałów 2D bez konieczności dodawania dodatkowych warstw.
Odkrycie MAC to przełom nie tylko w inżynierii materiałowej, ale także w projektowaniu przyszłych urządzeń elektronicznych, komponentów do magazynowania energii oraz konstrukcji o wysokiej odporności mechanicznej.
Teraz wyzwaniem dla naukowców jest opracowanie ekonomicznych i ekologicznych metod masowej produkcji MAC. Jeśli uda się to osiągnąć, ten niezwykły materiał może znaleźć zastosowanie w urządzeniach przyszłości, przyczyniając się do rozwoju nowoczesnych technologii o niespotykanej dotąd trwałości.
Nowy monowarstwowy węgiel amorficzny (MAC) stanowi potencjalnie rewolucyjne rozwiązanie, które może zmienić sposób, w jaki wykorzystujemy materiały 2D. Jego unikalna struktura zapewnia wyjątkową odporność, co otwiera nowe możliwości w inżynierii i nanotechnologii. W miarę dalszych badań MAC może okazać się fundamentem przyszłych innowacji w elektronice, motoryzacji i technologii kosmicznej.
