Polsko-hiszpański zespół naukowców udowodnił, że twardość i wytrzymałość materiałów zbudowanych z zaledwie jednej lub kilku warstw atomowych nie zawsze jest większa niż w ich pełnowymiarowych odpowiednikach.
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. Przyjęło się uznawać, w oparciu o przykład grafenu, że twardość i wytrzymałość materiałów zbudowanych z zaledwie jednej lub kilku warstw atomowych, przewyższa parametry ich pełnowymiarowych odpowiedników. Nowe badania prowadzone na Uniwersytecie im. Adama Mickiewicza w Poznaniu oraz w Katalońskim Instytucie Nanonauki i Nanotechnologii w Barcelonie w Hiszpanii zaprzeczają jednak 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. Tę jego cechę będzie można wykorzystać np. przy projektowaniu elastycznej elektroniki.
W naszych badaniach pokazaliśmy, 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 – wyjaśnia dr hab. Bartłomiej Graczykowski, kierownik projektu realizowanego na Wydziale Fizyki UAM, laureat programu FIRST TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.
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.
Wyniki badań polsko-hiszpańskiego zespołu opublikowano w czasopiśmie Advanced Materials.
źródło: FNP