Recientemente, el grupo de investigación del académico Zhang Ze y el investigador Wang de la Universidad de Zhejiang colaboraron con profesores del Instituto de Tecnología de Georgia y el investigador Du Kui del Instituto de Investigación de Metales de la Academia China de Ciencias, etc. Sobre la base de las características generales de la deformación plástica de los materiales, se propuso un método "de arriba hacia abajo". Se utilizó el método de adelgazamiento mecánico "The next" para preparar materiales metálicos bidimensionales de un solo elemento y una película de Au de un solo átomo de espesor. se obtuvo con éxito mediante estiramiento mecánico in situ de nanoestructuras bicristalinas / policristalinas de Au. Los resultados de una investigación relevante se publicaron en ACS nano, con el título "Películas delgadas de oro bidimensionales autoportantes producidas por adelgazamiento mecánico extremo".
Enlace del artículo:
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c06697
Durante el proceso de deformación plástica de materiales, defectos e interfaces Concentración de deformaciones o la localización de la tensión es propensa a ocurrir. A micro y nanoescala, esta localización de deformaciones promueve un rápido estrechamiento local del material, lo que lleva a un adelgazamiento mecánico. Basándose en esta característica de deformación, los investigadores diseñaron varias nanoestructuras de oro bicristalinas/policristalinas. En condiciones sin sustrato, sin aleación y sin tratamiento químico, sólo a través de la deformación plástica se puede lograr un adelgazamiento mecánico significativo en el límite de grano, induciendo que la película bidimensional de Au se nuclee preferentemente en el límite de grano, y luego los núcleos cristalinos. pasar a través de la película/revestimiento La expansión gradual de la interfaz inferior continúa creciendo (Fig. 1). El análisis microestructural y el modelado teórico muestran que esta película de Au bidimensional tiene una estructura hexagonal simple (Figura 2).
Figura 1. ( af ) Procesos de nucleación, crecimiento y fractura inducidos por tensión de películas de oro 2D. (gj) Proceso de crecimiento interfacial de películas delgadas de oro 2D a escala atómica. Diagrama esquemático.
Figura 2. Estructura atómica hexagonal simple de películas delgadas de oro 2D. Las dislocaciones interfaciales coordinan el desajuste de la red y la diferencia de orientación en la interfaz entre la película SH y el sustrato cúbico centrado en la cara.
La caracterización in situ de alta resolución aclara aún más el mecanismo cinético de nucleación y crecimiento de películas bidimensionales de Au a escala atómica. Los resultados muestran que el proceso de evolución de defectos impulsado por el estrés, incluido el deslizamiento y ascenso de las dislocaciones de la interfaz y la difusión y migración de los átomos de la interfaz, es el mecanismo clave para la formación de películas de Au bidimensionales (Figura 3). Un gran número de experimentos han demostrado que los defectos reticulares en nanoestructuras metálicas, como límites de grano, límites gemelos, dislocaciones y grietas, pueden servir como sitios de nucleación preferenciales para películas metálicas bidimensionales. A través del mecanismo anterior, hemos logrado con éxito la preparación mecánica de varias películas metálicas bidimensionales (como Pt, Ag, etc.). ) a temperatura ambiente.
Figura 3. (a-d) Las películas de oro 2D inducidas por estrés se nuclean a partir de * * * límites de celosía gemela (ITB) y luego crecen. (e-I) Las películas de oro 2D crecen rápidamente con el deslizamiento y ascenso de las dislocaciones interfaciales. (j) Estructura atómica en la interfaz de la película de oro 2D y el sustrato.
Experimentos de control bajo irradiación de electrones en dosis altas y sin estrés muestran que la irradiación con haz de electrones desempeña un papel auxiliar relativamente limitado en la preparación de películas de Au bidimensionales. La irradiación con haz de electrones puede activar un movimiento de dislocación limitado hasta cierto punto, promover la difusión y migración de átomos/vacantes en la película o interfaz, promoviendo así la formación y el crecimiento de películas de Au bidimensionales (Figura 4), pero solo bajo la influencia del electrón. dosis del haz Los efectos significativos ocurren sólo con valores más altos. No obstante, la irradiación con haz de electrones también proporciona un método eficaz para preparar materiales metálicos 2D de un solo elemento.
Figura 4. La irradiación con haz de electrones facilita la preparación de películas de oro 2D, activando un movimiento de dislocación limitado y promoviendo la difusión y migración de átomos/vacantes en la superficie de la película.
La preparación exitosa de películas metálicas bidimensionales combinando medios mecánicos e ingeniería de defectos proporciona una nueva inspiración para el método "de arriba hacia abajo" de preparar otros tipos de materiales bidimensionales. Los resultados de la investigación de este artículo fueron financiados por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China.
*Gracias al equipo de autores por su firme apoyo a este artículo.