أغشية رقيقة جدا مصنوعة من مواد قلم رصاص

تطور جديد من الجرافين مع العديد من التطبيقات الممكنة

أنحف مادة على الإطلاق: تشير الأسهم إلى غشاء سماكة ذرة واحدة. وهي تقع في شبكة من أجود الأسلاك الذهبية. الشريط الأسود يتوافق مع طول 500 نانومتر. © MPI لأبحاث الحالة الصلبة
قراءة بصوت عال

لا يمكن للأشياء أن تصبح أكثر نحافة: فثخانة ذرة واحدة هي أغشية الكربون التي أنتجها علماء ماكس بلانك الآن. هذه الأغشية شفافة تمامًا تقريبًا للإلكترونات - لذلك يمكن للباحثين التحقيق في جزيئات فردية متصلة بالأغشية في المجهر الإلكتروني وتصور التركيب الذري لجزيئات نشطة حيوياً. وقال العلماء في العدد الحالي من مجلة "نيتشر" ، إنه حتى لتصفية الغازات ، فإن مثل هذه الأغشية يمكن استخدامها.

تتكون الأغشية من طبقة واحدة فقط من ذرات الكربون ، تسمى الجرافين. على الرغم من أن الأغشية رقيقة جدًا ، إلا أنها تظهر ثباتًا عاليًا بشكل مثير للدهشة. السبب في ذلك هو أن طبقات الجرافين ليست مسطحة تمامًا ، ولكنها مموجة قليلاً. هذا الشكل يجعل المادة رقيقة جداً مستقرة - قابلة للمقارنة للكرتون المضلع.

يقول يانيك ماير من معهد ماكس بلانك لأبحاث الحالة الصلبة ، الذي شارك في التجارب مع زملائه من جامعة مانشستر: "الأغشية ثنائية الأبعاد مختلفة تمامًا عن البلورات ثلاثية الأبعاد التقليدية". "لقد بدأنا للتو في اكتشاف خصائصها الأساسية واستكشاف التطبيقات المحتملة."

منذ عامين بالفعل ، اكتشف العلماء فئة جديدة من المواد الرقيقة ذرية يمكن وصفها على أفضل وجه بالطائرات المعزولة والمنفصلة عن البلورة. أصبحت هذه الطبقات بسرعة واحدة من أكثر المواضيع إثارة في الفيزياء. قبل كل شيء ، كان السؤال حول ما إذا كانت هذه المواد يمكن أن توجد دون الركيزة الداعمة موضوعا ساخنا.

أغشية الدعم الذاتي

الآن قام فريق البحث بإنتاج أغشية ذاتية الدعم. في الأساس ، تحتاج فقط إلى قلم رصاص لعمل الرسم البياني ، لأنه عند فرك الجرافيت العادي على قاعدة ، تنفصل الرقائق المتفاوتة السماكة عن هذه المادة ذات الطبقات. وتشمل هذه الطبقات التي يبلغ سمكها ذرة واحدة فقط. عرض

نموذج غشاء الجرافين - بسماكة ذرة واحدة فقط. I MPI لأبحاث الحالة الصلبة

ومع ذلك ، من أجل العثور عليها ومعالجتها ، استخدم العلماء طريقة مماثلة لتلك المستخدمة في إنتاج المعالجات الدقيقة: لقد استخدموا بلورة السيليكون ذات طبقة أكسيد من السماكة المعدلة بدقة كطبقة أساسية ، لأن هذه هي الطريقة الوحيدة التي تمكن الباحثون من استخدام الجرافين اكتشاف أحادي الطبقة في المجهر باستخدام لون مختلف قليلاً. ثم قاموا بوضع شبكة من الأسلاك الذهبية الممتازة فوقها ، والتي تقل مسافة 100 مرة عن قطر الشعر.

العديد من التطبيقات الممكنة

في الخطوة التالية ، حلوا ركيزة السيليكون في مختلف المواد الكيميائية. تبقى طبقات الجرافين معلقة على الشبكة. تبلغ مساحة غشاء الجرافين المصنوع بهذه الطريقة بين الأسلاك الذهبية حوالي ميكرومتر مربع واحد ، أي مليون واحد فقط من المليمتر المربع. ومع ذلك ، تحتوي هذه المنطقة على ما لا يقل عن 30 مليون ذرة كربون ، وكلها تقع جنبًا إلى جنب في الغشاء الكابولي.

يمكن استخدام هذه الأغشية الشاشة ، على سبيل المثال ، لتصفية الغازات ، لإنشاء مفاتيح كهروميكانيكية فائقة السرعة مصغرة ، أو لتصوير جزيئات فردية تمتصها الغشاء تحت المجهر الإلكتروني. يقول البروفيسور أندريه غيم من البروفيسور: "لقد أظهرنا الآن أنه يمكن إنتاج أغشية رقيقة بسماكة ذرة واحدة فقط ، ونعتقد أنه يمكن أيضًا تكييف هذه التقنية لتطبيقات حقيقية". جامعة مانشستر. "ومع ذلك ، يبقى تحديًا تصنيع هذه الأغشية بسعر رخيص وعلى نطاق واسع".

(MPG ، 01.03.2007 - DLO)