وفي عام 2008، أجريت تجارب في جامعة كولومبيا أدت إلى الحصول على الجرافين النقي، وهو طبقة واحدة من الجرافيت يبلغ سمكها ذرة واحدة، والتي أصبحت منذ ذلك الحين أقوى مادة عرفتها البشرية. أدت هذه النتيجة في الواقع إلى السؤال: كيف ولماذا ينكسر الجرافين؟
وفي عام 2008، أجريت تجارب في جامعة كولومبيا أدت إلى الحصول على الجرافين النقي، وهو طبقة واحدة من الجرافيت يبلغ سمكها ذرة واحدة، والتي أصبحت منذ ذلك الحين أقوى مادة عرفتها البشرية. أدت هذه النتيجة في الواقع إلى السؤال: كيف ولماذا ينكسر الجرافين؟
باستخدام نظرية الكم والحواسيب الفائقة، تمكن الباحثون من الكشف عن الآليات التي تؤدي إلى الفشل الميكانيكي للجرافين النقي بعد إجهاد الشد. وفي مقال نُشر مؤخرًا في المجلة العلمية Physical Review Letters، أظهر الباحثون أنه عندما يتعرض الجرافين لتمدد متساوي في جميع الاتجاهات، فإنه يصبح بنية جديدة غير مستقرة ميكانيكيًا.
يوضح الباحثون أن آلية الفشل هذه تشكل عدم استقرار صوتي في شكل ناعم. الفونون هو نمط اهتزازي شائع للذرات داخل البلورة، يشبه الموجات التي تتحرك في السائل. حقيقة أن الفونون يصبح "لينًا" في ظل ظروف إجهاد الشد تعني أن النظام يمكنه تقليل طاقته عن طريق تشويه الذرات على طول النمط الاهتزازي والانتقال إلى ترتيب بلوري جديد. تحت ضغط كافٍ، يصل الجرافين إلى حالة يميل فيها ترتيبه السداسي الذي يشبه قرص العسل نحو حلقات سداسية منفصلة. هذه البلورة الجديدة أضعف من الناحية الهيكلية، مما يؤدي إلى عطل ميكانيكي لطبقة الجرافين.
ويشير الباحث إلى أن "النتائج التي توصلنا إليها مثيرة للاهتمام من عدة جوانب". "تم التعرف على الأشكال الناعمة من الفونونات لأول مرة في الستينيات في مجال انتقال الطور الكهروضوئي، ولكن لم يتم نسبها بشكل مباشر إلى تطور الكسر الميكانيكي. في أغلب الأحيان، ستؤدي العيوب في المادة دائمًا إلى فشل مبكر، لكن طبيعة الجرافين النقية تسمح لنا باختبار توقعاتنا. لقد خططنا بالفعل لعدد من التجارب الجديدة المثيرة للاهتمام من أجل مراقبة نتائج التنبؤ النظري للشكل الناعم بشكل مباشر."
يضيف الباحث الرئيسي ويوضح أن هذه هي الحالة الأولى على الإطلاق التي يتم فيها ربط الفونون الضوئي الناعم بعطل ميكانيكي، وبالتالي فمن المعقول افتراض أن آلية الفشل المبتكرة هذه لا تقتصر على الجرافين ولكنها قد تكون شائعة أيضًا في أنواع رقيقة أخرى. مواد. "نظرًا لأن تكنولوجيا النانو أصبحت شائعة وواسعة الانتشار بشكل متزايد، فإن فهم طبيعة السلوك الميكانيكي للأنظمة ثنائية الأبعاد، مثل الجرافين، أصبح أيضًا في غاية الأهمية. نحن نعتقد أن التمدد يمكن استخدامه كأداة لهندسة خصائص الجرافين، ونتيجة لذلك، فإن فهم حدوده أمر ضروري."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 9
السبب الوحيد لضعف مادة الجرافين هو أن المادة عبارة عن طبقة سمكها ذرة واحدة ولا يمكن أن تنتشر قوة الشد أو الانحناء على طبقات إضافية
ربما يكون من المفيد توضيح أن الفونون البصري عبارة عن موجة تنقل الحركة داخل خلية الوحدة، على عكس الفونون الصوتي الذي ينقل الحركة بين خلايا الوحدة.
"والتي أصبحت منذ ذلك الحين أقوى مادة عرفتها البشرية" نهاية الاقتباس
وذلك لأن حرف الألف قد حذف من الجرافات = 334 في الجماتريا فعكسوه
إلى مجرد جرافين = 333 (مرجع إشعياء الفصل XNUMX الآية XNUMX (انظر هناك فوق كرمة بمعنى كرمة أو كرمة بمعنى كرمة إذا استطعت أن تجدها)
ربما هذا هو السبب في أن أنابيب الكربون النانوية التي تكون عبارة عن صفائح الجرافين المغلقة تكون أكثر متانة. لأنه من الناحية الهيكلية، لا يمكن خلق حالة من الجذب المتزامن في جميع الاتجاهات، أو على الأقل هذه الحالة غير شائعة بسبب البنية ثلاثية الأبعاد للأنابيب.
وربما يكون هذا أيضًا هو السبب الذي جعل اكتشاف الجرافين يستغرق بعض الوقت.
ماذا؟ إذا قمت بتمديدها، فهل يمكن أن تتشوه أو حتى تتمزق؟ رائع!! مذهل.
شكرًا على المعلومات الواردة في متن الخبر (شرح الفونون مفيد وفي مكانه!)
شكرا على المعلومات الواردة في متن الخبر (شرح الفونون)
وبقدر ما أعرف، فإن الفونون الضوئي يتكون في بلورة من أنواع مختلفة من الذرات، بينما يتكون الجرافين فقط من ذرات الكربون.
أحب أن أحصل على تفسير!
أفيلوز