Właściwości mechaniczne nanomateriałów, takie jak twardość czy elastyczność, mają kluczowe znaczenie przy projektowaniu wszelkich nanourządzeń. To od tych właściwości zależy bowiem niezawodność działania m.in. elektroniki, optoelektroniki, rezonatorów czy modułów termoelektrycznych. Powszechnie uznaje się, w oparciu o przykład grafenu, że twardość i wytrzymałość materiałów zbudowanych z zaledwie jednej lub kilku warstw atomowych, przewyższa parametry ich pełnowymiarowych odpowiedników. Polsko-hiszpański zespół naukowców udowodnił, że nie jest to regułą. Niektóre nanomateriały stają się coraz bardziej miękkie podczas zmniejszania ich grubości, co można wykorzystać np. przy projektowaniu elastycznej elektroniki.
Nowe badania prowadzone na Uniwersytecie Adama Mickiewicza (UAM) w Poznaniu oraz w Katalońskim Instytucie Nanonauki i Nanotechnologii (ICN2) w Barcelonie w Hiszpanii, których wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Advanced Materials, zaprzeczają powszechnej opinii, że wytrzymałość mechaniczna zawsze rośnie w skali nano. Naukowcy wzięli na warsztat diselenek molibdenu (MoSe2), który jest obecnie jednym z najbardziej atrakcyjnych nanomateriałów. Podczas badań wykazali, że w miarę stopniowego zmniejszania grubości tego materiału (aż do zaledwie trzech warstw molekularnych), stawał się on coraz bardziej miękki.
„Nasza publikacja pokazała, że nie zawsze można spodziewać się wzmocnienia pewnych właściwości w skali nano, tak jak jest to wykazane dla grafenu. Przy budowie nanourządzeń trzeba mieć świadomość tego, że niektóre materiały miękną przy zmniejszaniu ich grubości. Miękki materiał ma mniejszą wytrzymałość na rozerwanie, ale z drugiej strony jest bardziej giętki, co jest zaletą przy projektowaniu elastycznej elektroniki, która już wkrótce może zastąpić elektronikę opartą na krzemie” – mówi dr hab. Bartłomiej Graczykowski, kierownik projektu w UAM, laureat programu FIRST TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej (konkurs 5/2018).
Zupełną nowością jest też metoda pomiarowa, którą naukowcy zastosowali do badania próbek materiału o stopniowo zmniejszanych wymiarach. „Jest to metoda całkowicie bezkontaktowa, która mierzy termiczne fale akustyczne, o częstotliwościach gigahercowych, w materiale i pozwala na wydobycie jego właściwości mechanicznych. Obecnie tylko my potrafimy stosować tę technikę. A jest ona bardziej niezawodna i bardziej przydatna niż tradycyjne metody kontaktowe, ponieważ może dostarczyć zarówno informacji na temat właściwości mechanicznych jak i danych o grubości membran” – twierdzi dr hab. Bartłomiej Graczykowski.
Dr hab. Bartłomiej Graczykowski pracę magisterską i doktorską obronił na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu, następnie odbył staż podoktorski w Katalońskim Instytucie Nanonauki i Nanotechnologii (ICN2) w Barcelonie w Hiszpanii oraz Instytucie Maxa Plancka w Moguncji (MPIP) w Niemczech (jako stypendysta Fundacji im. A. von Humboldta). W 2017 r. powrócił do pracy badawczej w Centrum NanoBioMedycznym UAM w Poznaniu, dzięki stypendium HOMING FNP. Obecnie jest kierownikiem projektu FIRST TEAM FNP na Wydziale Fizyki UAM.
Więcej informacji:
- Publikacja źródłowa: Thickness-dependent Elastic Softening of Few-layer Free-standing MoSe2.
Grafika_ ©ICN2 Barcelona
Program FIRST TEAM jest realizowany przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej ze środków UE pochodzących z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój, oś IV: Zwiększenie potencjału naukowo-badawczego, Działanie 4.4 Zwiększanie potencjału kadrowego sektora B+R.
