新方法可提升超薄二維材料金屬烯穩(wěn)定性
更新時(shí)間：2025/12/12 10:08:34 來源：新華社CNML文字
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新華社赫爾辛基12月11日電（記者朱昊晨 徐謙）芬蘭于韋斯屈萊大學(xué)日前發(fā)布的新聞公報(bào)說，該校研究人員發(fā)現(xiàn)了提升超薄新興二維材料金屬烯穩(wěn)定性的新方法。這一突破有望為開發(fā)新一代納米電子器件、能源技術(shù)和生物醫(yī)用材料等提供新思路。
公報(bào)說，金屬烯是一類由金屬原子組成的二維金屬材料，其厚度僅為一個(gè)或幾個(gè)原子層。由于其超薄片層結(jié)構(gòu)，這類材料在諸多領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，但同時(shí)也面臨穩(wěn)定性不足、制備方法受限等問題。
為解決上述問題，研究人員選用了經(jīng)典二維材料石墨烯作為模板材料，使其與金屬烯在原子尺度上進(jìn)行“拼接”，以提高金屬烯的穩(wěn)定性。隨后，研究人員采用量子力學(xué)建模結(jié)合先進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)多達(dá)1080種“石墨烯-金屬烯”界面進(jìn)行了系統(tǒng)計(jì)算和比對(duì)。所謂界面，是指兩種二維材料在“拼接”時(shí)形成的邊界。
結(jié)果顯示，界面幾何結(jié)構(gòu)的“規(guī)整程度”對(duì)金屬烯的穩(wěn)定性至關(guān)重要。平滑、緊密匹配的界面形態(tài)更穩(wěn)固，能夠更好承受缺陷和機(jī)械應(yīng)力；而不規(guī)則的邊界、錯(cuò)配較嚴(yán)重的界面則會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)甚至斷裂。
研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)金屬烯由過渡金屬元素構(gòu)成時(shí)，其與石墨烯“拼接”形成的界面通常更為穩(wěn)固。過渡金屬是指元素周期表中的第3族至第12族元素，如鐵、鎳、銅、鉬等。
研究人員表示，該研究為如何設(shè)計(jì)更穩(wěn)定、更大尺寸的金屬烯結(jié)構(gòu)提供了系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)，有助于指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)中制備更堅(jiān)固的金屬烯界面，為金屬烯從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。此外，該研究還驗(yàn)證了機(jī)器學(xué)習(xí)模型可用于快速篩選候選材料和結(jié)構(gòu)方案，大幅減少“試錯(cuò)”成本，為后續(xù)新材料設(shè)計(jì)提供高效工具。
相關(guān)研究成果已發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《納米尺度》上。
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新華社赫爾辛基12月11日電（記者朱昊晨 徐謙）芬蘭于韋斯屈萊大學(xué)日前發(fā)布的新聞公報(bào)說，該校研究人員發(fā)現(xiàn)了提升超薄新興二維材料金屬烯穩(wěn)定性的新方法。這一突破有望為開發(fā)新一代納米電子器件、能源技術(shù)和生物醫(yī)用材料等提供新思路。
公報(bào)說，金屬烯是一類由金屬原子組成的二維金屬材料，其厚度僅為一個(gè)或幾個(gè)原子層。由于其超薄片層結(jié)構(gòu)，這類材料在諸多領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，但同時(shí)也面臨穩(wěn)定性不足、制備方法受限等問題。
為解決上述問題，研究人員選用了經(jīng)典二維材料石墨烯作為模板材料，使其與金屬烯在原子尺度上進(jìn)行“拼接”，以提高金屬烯的穩(wěn)定性。隨后，研究人員采用量子力學(xué)建模結(jié)合先進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)多達(dá)1080種“石墨烯-金屬烯”界面進(jìn)行了系統(tǒng)計(jì)算和比對(duì)。所謂界面，是指兩種二維材料在“拼接”時(shí)形成的邊界。
結(jié)果顯示，界面幾何結(jié)構(gòu)的“規(guī)整程度”對(duì)金屬烯的穩(wěn)定性至關(guān)重要。平滑、緊密匹配的界面形態(tài)更穩(wěn)固，能夠更好承受缺陷和機(jī)械應(yīng)力；而不規(guī)則的邊界、錯(cuò)配較嚴(yán)重的界面則會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)甚至斷裂。
研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)金屬烯由過渡金屬元素構(gòu)成時(shí)，其與石墨烯“拼接”形成的界面通常更為穩(wěn)固。過渡金屬是指元素周期表中的第3族至第12族元素，如鐵、鎳、銅、鉬等。
研究人員表示，該研究為如何設(shè)計(jì)更穩(wěn)定、更大尺寸的金屬烯結(jié)構(gòu)提供了系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)，有助于指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)中制備更堅(jiān)固的金屬烯界面，為金屬烯從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。此外，該研究還驗(yàn)證了機(jī)器學(xué)習(xí)模型可用于快速篩選候選材料和結(jié)構(gòu)方案，大幅減少“試錯(cuò)”成本，為后續(xù)新材料設(shè)計(jì)提供高效工具。
相關(guān)研究成果已發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《納米尺度》上。
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