Los materiales bidimensionales (2D) tienen espesores a nivel atómico y excelentes propiedades mecánicas y físicas, con un amplio potencial de aplicación en campos como semiconductores, dispositivos flexibles y materiales compuestos.
Debido a su extremadamente baja rigidez a la flexión, los materiales 2D de una sola capa sufren deformaciones fuera del plano cuando se someten a restricciones geométricas, formando ondas, pandeo, arrugas o incluso pliegues, que pueden afectar significativamente las propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas. . Su estabilidad mecánica también influye en la vida útil y el rendimiento de servicio de dispositivos basados en materiales 2D suspendidos, como sistemas micro/nanoelectromecánicos (M/NEMS), resonadores/osciladores, nanokirigami/origami, membranas de transporte de protones y nanocanales.
Aclarar el mecanismo de estabilidad mecánica de los materiales 2D y obtener un control general de sus comportamientos de inestabilidad es crucial para las aplicaciones mecánicas de materiales 2D y otras películas atómicamente delgadas. Un equipo de investigación dirigido por el profesor Yang Lu del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Hong Kong (HKU) ha logrado un avance significativo en esta área al proporcionar un nuevo método para predecir la inestabilidad en películas atómicamente delgadas.
En colaboración con investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, el equipo del profesor Lu propuso por primera vez una estrategia de “empujar para cortar” para lograr la deformación por corte en el plano de materiales 2D de una sola capa en condiciones de observación. Lograr un ajuste controlable de las propiedades de inestabilidad de materiales 2D. Combinando análisis teóricos y simulaciones de dinámica molecular, se revelan los principios mecanicistas y los mecanismos de control de la inestabilidad multiorden en películas atómicamente delgadas.
Los resultados han sido publicados en una revista académica. Comunicaciones de la naturaleza con un artículo titulado “Transformación de la inestabilidad en materiales 2D monocapa suspendidos”.
El equipo planea colaborar con socios industriales para desarrollar un nuevo tipo de plataforma de medición mecánica para películas atómicamente delgadas, para obtener mediciones de propiedades mecánicas de alto rendimiento in situ. Utiliza técnicas micro/nanomecánicas y al mismo tiempo permite la ingeniería de materiales de deformación profunda. Características físicas del dispositivo.
“El avance de esta investigación supera la dificultad de controlar el comportamiento de inestabilidad de materiales 2D suspendidos de una sola capa de un átomo, logrando mediciones de rigidez a la flexión de grafeno de una sola capa y disulfuro de molibdeno (MoS).2). Este estudio también ofrece nuevas oportunidades para modular la forma de las inestabilidades a nanoescala y las propiedades físicas de las películas atómicamente delgadas”, afirmó el profesor Lu.
“Desarrollamos un dispositivo de corte in situ basado en MEMS para controlar el comportamiento de inestabilidad de materiales 2D de una sola capa suspendidos, que también es aplicable a otras películas atómicamente delgadas. Longitud de onda de arrugas y descubrimiento de diferentes vías de inestabilidad y recuperación bajo la influencia de cambios dimensionales. y proporciona un nuevo método experimental para evaluar el comportamiento de inestabilidad y el rendimiento de flexión de películas atómicamente delgadas, además, el proceso de desestabilización de materiales 2D relacionados con cambios de tensión/deformación locales y curvatura tiene aplicaciones importantes en los campos físico y químico, tales como como cambiar la estructura electrónica ajustando la forma corrugada y formando canales rápidos de transporte de protones”. Añadió el profesor Lu.
“Esta investigación ha logrado una modulación de la inestabilidad controlable de materiales atómicamente delgados representados por materiales 2D. En comparación con la ingeniería de deformación convencional, la tensión de corte regula profundamente la estructura de bandas de los materiales 2D. “En el futuro, continuaremos con esta investigación y, en última instancia, esperamos poder lograr un diseño integrado de mecánica y funcionalidad en materiales de baja dimensión”, dijo el Dr. Hu Yuan, primer autor y becario postdoctoral en el grupo del Prof. Lowe.
