Η νέα τεχνική μετράει με ακρίβεια τον τρόπο με τον οποίο τα 2D υλικά επεκτείνονται όταν θερμαίνονται

Μια ομάδα ερευνητών από το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) και το Πανεπιστήμιο του Maryland, το College Park έχουν αναπτύξει μια νέα τεχνική για να μετρήσουν με ακρίβεια τον τρόπο με τον οποίο επεκτείνονται τα δισδιάστατα (2D) υλικά όταν θερμαίνονται. Αυτή η νέα τεχνική, που ονομάζεται "Nano-Raman Thermo-Expansion Microscope", βασίζεται στη φασματοσκοπία Raman, μια μη καταστρεπτική τεχνική που μπορεί να παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη μοριακή δομή και τις ιδιότητες των υλικών.

Τα 2D υλικά είναι μια κατηγορία υλικών που έχουν πάχος ατόμων και έχουν προσελκύσει σημαντικό ενδιαφέρον λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων τους και των πιθανών εφαρμογών σε ηλεκτρονικά, οπτοηλεκτρονικά και αποθήκευση ενέργειας. Ωστόσο, μία από τις προκλήσεις με 2D υλικά είναι ότι είναι συχνά πολύ ευαίσθητες στις μεταβολές της θερμοκρασίας και οι ιδιότητές τους μπορούν να αλλάξουν σημαντικά όταν θερμαίνονται.

Η ικανότητα μέτρησης της θερμικής διαστολής των 2D υλικών είναι σημαντική για την κατανόηση της συμπεριφοράς τους υπό διαφορετικές συνθήκες θερμοκρασίας και για το σχεδιασμό συσκευών που ενσωματώνουν αυτά τα υλικά. Η νέα τεχνική που αναπτύχθηκε από τους ερευνητές της NIST και του Πανεπιστημίου του Maryland παρέχει έναν τρόπο μέτρησης της θερμικής επέκτασης των 2D υλικών με υψηλή ακρίβεια και χωρική ανάλυση.

Το μικροσκόπιο νανο-Raman Thermo-Expansion λειτουργεί εστιάζοντας μια δέσμη λέιζερ σε δείγμα 2D υλικού και μετρώντας τη μετατόπιση του φάσματος Raman καθώς το δείγμα θερμαίνεται. Η μετατόπιση του φάσματος Raman σχετίζεται με την επέκταση του υλικού και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό του συντελεστή θερμικής διαστολής.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το μικροσκόπιο νανο-Raman Thermo-Expansion για τη μέτρηση της θερμικής επέκτασης αρκετών 2D υλικών, συμπεριλαμβανομένου του γραφένιου, του δισουλφιδίου του μολυβδαινίου και του δισουλφιδίου της βολφραμίου. Διαπίστωσαν ότι οι συντελεστές θερμικής διαστολής αυτών των υλικών είναι σημαντικά υψηλότεροι από αυτούς των χύδην υλικών. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα 2D υλικά έχουν χαμηλότερη πυκνότητα και ασθενέστερους διατομικούς δεσμούς, γεγονός που τους καθιστά πιο ευαίσθητους σε θερμική επέκταση.

Η νέα τεχνική που αναπτύχθηκε από τους ερευνητές του NIST και του Πανεπιστημίου του Maryland παρέχει ένα πολύτιμο εργαλείο για τη μελέτη των θερμικών ιδιοτήτων των 2D υλικών. Αυτές οι πληροφορίες είναι σημαντικές για την κατανόηση της συμπεριφοράς αυτών των υλικών υπό διαφορετικές συνθήκες θερμοκρασίας και για το σχεδιασμό συσκευών που ενσωματώνουν αυτά τα υλικά.