Pixabay License. Volné pro komerční použití

Jak prostřelit grafen a neudělat v něm díru

Projektily v měřítku nanometrů. Když elektricky nabité částice proletí ultratenkými vrstvami materiálu, někdy dochází k následným mikrovýbuchům a jindy zůstává materiál téměř neporušený. Důvody tohoto jevu nyní vysvětlili vědci z TU Wien.

Vědci zkoušeli bombardovat ultratenké materiály vysoce elektricky nabitými ionty, jako jsou např. jádra xenonu nebo jiných vzácných plynů. Ty lze připravit s elektrickými náboji +30 nebo i +40 a v důsledku toho pak prudce a snadno urychlit elektrickým polem. To, co se stane po nárazu takového vysokoenergetického iontu na tenkou vrstvu, závisí na materiálu. Někdy projektil pronikne vrstvou, aniž by v důsledku toho došlo k nějaké znatelné změně. Jindy je vrstva materiálu kolem místa dopadu zcela zničena, dojde k uvolnění četných atomů a vzniku otvoru o průměru několika nanometrů.
Tyto rozdíly lze vysvětlit tím, že za vznik děr není primárně zodpovědná hybnost projektilu, ale jeho elektrický náboj. Když iont s vícenásobným kladným nábojem narazí do vrstvy materiálu, přitáhne větší množství elektronů a vezme je s sebou. Ve vrstvě materiálu tak zůstane kladně nabitá oblast. Další průběh závisí na tom, jak rychle se elektrony mohou v tomto materiálu pohybovat. „Grafen má extrémně vysokou pohyblivost elektronů. Lokální kladný náboj se proto může vyrovnat během krátké doby. Elektrony sem jednoduše proudí odjinud,“ uvádí jeden z autorů článku Christoph Lemell z Vídeňské technické univerzity. V jiných 2D (nebo skoro 2D, extrémně tenkých) materiálech, jako je sulfid molybdeničitý MoS2, vše funguje jinak: elektrony jsou pomalejší a z okolí se do místa dopadu dostat však nestihnou. A tak v místě nárazu dojde k miniexplozi: Kladně nabité atomy, kterým střela odebrala elektrony, se vzájemně odpuzují, odlétají pryč a vzniká nanopór. Nový model dokáže chování materiálu poměrně dobře předvídat v závislosti na chování elektronů v materiálu a elektrického náboje projektilu (poznámka PH: pro normální aplikace zde příslušné náboje samozřejmě nebudou tak vysoké, alespoň v přepočtu na hmotnost projektilu; potřebujeme prostě vzoreček, kam něco dosadíme).
Model také vysvětluje to, že atomy vyražené z materiálu se pohybují relativně pomalu. Jsou z totiž vyraženy elektrickým odpuzováním až poté, co projektil již prošel vrstvou. Při tomto procesu se zdaleka ne všechna energie elektrického odpuzování přenese na vystřelené atomy – velká část se jí pohltí ve zbývajícím materiálu ve formě vibrací/tepla.
Výsledné hlubší pochopení procesů na povrchu atomů lze využít např. pro konstrukci membrán, od nichž požadujeme, aby určité látky zachycovaly nebo naopak propouštěly. Ne za všech okolností je pak nutné v takových membránách vytvářet póry (někdy může materiál propouštět částice i bez pórů a vlastního poškození). A pokud ano, dokážeme s pomocí nového modelu lépe vytvářet i nanopóry na míru konkrétním aplikacím.

Alexander Sagar Grossek et al, Model for Nanopore Formation in Two-Dimensional Materials by Impact of Highly Charged Ions, Nano Letters (2022). DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03894
Zdroj: Vienna University of Technology / Phys.org

Prach z Itokawy ukazuje, že poslepované asteroidy jde rozbít jen obtížně

Vědci zkoumali prachové částice získané z povrchu 500 metrů dlouhého asteroidu Itokawa, které na Zem …

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close