Zweidimensionales Nanomaterial dehnt sich unter Spannung kontraintuitiv aus

Zweidimensionales Nanomaterial dehnt sich unter Spannung kontraintuitiv aus

von Clarence Oxford

Los Angeles CA (SPX) 19. April 2024

Das Ausdehnen von Material unter Spannung führt normalerweise zu einer Verringerung der Breite, ähnlich wie beim Aufblasen eines Ballons. Eine bahnbrechende Entwicklung des Doktoranden Noah Stocek und des Physikers Giovanni Fanchini an der Western University weist jedoch ein seltenes Gegenbeispiel auf.

In der Tandetron Accelerator Facility von Interface Science Western entwickelten Stocek und Fanchini zweidimensionale Wolfram-Halbkarbid-Nanoblätter (W2C), die sich auf einzigartige Weise senkrecht zur Richtung der ausgeübten Kraft ausdehnen, eine Eigenschaft, die für auxetische Materialien charakteristisch ist.

Im Gegensatz zu herkömmlichen flachen Strukturen sind diese Nanoblätter mit einer genoppten, eierkartonähnlichen Oberfläche versehen. Wenn die Struktur gedehnt wird, dehnt sie sich nach außen aus, da die Grübchen flacher werden. Dieses Phänomen wurde bisher nur bei einem anderen Material beobachtet, das sich um 10 Prozent pro Längeneinheit ausdehnte. Das bei Western entwickelte W2C-Nanoblatt wächst um beispiellose 40 Prozent.

„Im Jahr 2018 haben Theoretiker dieses auxetische Verhalten in Wolframhalbkarbid vorhergesehen, aber die praktische Entwicklung war den Forschern weltweit entgangen“, sagte Stocek.

Die Herstellung dieser Nanoblätter war durch chemische Prozesse, die normalerweise für zweidimensionale Materialien eingesetzt werden, nicht möglich. Stattdessen nutzten Stocek und Fanchini die Plasmaphysik, um die Schichten zusammenzusetzen, und nutzten dabei den vierten Aggregatzustand, der in Technologien von Neonlichtern bis hin zu Flachbildfernsehern verwendet wird.

Herkömmliche Methoden, die Hochtemperatur-Gasreaktionen in Öfen nutzen, waren wirkungslos, was die Forscher dazu veranlasste, eine neue Methode mit elektrisch geladenen Plasmateilchen zu entwickeln.

Die Anwendungen für diese W2C-Nanoblätter sind umfangreich, beginnend mit einem neuartigen Dehnungsmessstreifen, der Strukturänderungen in Echtzeit durch Leitfähigkeitsänderungen überwachen kann.

„Dieses zweidimensionale Nanomaterial könnte Dehnungsmessstreifen revolutionieren und eine verbesserte Überwachung von Strukturen wie Flugzeugflügeln oder Haushaltsrohren ermöglichen“, erklärte Stocek. „Im Gegensatz zu typischen Messgeräten, die bei Dehnung weniger leitfähig werden, erhöht sich die Leitfähigkeit unseres Materials und bietet so neues Potenzial für Sensoren und dehnbare Elektronik.“

Forschungsbericht:Riesiges auxetisches Verhalten in fernplasmasynthetisiertem Wolframhalbkarbid mit wenigen Schichten

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• Quelle: https://www.spacedaily.com/reports/Two_dimensional_nanomaterial_expands_counter_intuitively_under_tension_999.html