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>新闻>穿着或行为古怪边缘胜碳纳米管对恃:水稻U.理论表明特有“的Janus”接口在碳纳米管生长的共同机制

赖斯大学的研究人员发现“ Janus
赖斯大学的研究人员已经确定,对于在刚性催化剂上生长的碳纳米管来说,一个奇怪的双面“janus”边比以前认为的更常见。左边的传统纳米管具有形成圆的面,允许纳米管从催化剂上直接生长。但他们发现,右边的纳米管具有倾斜的Janus边缘,它将锯齿形和扶手椅形的部分分离开来,在通过化学气相沉积生长碳纳米管时,它在能量上更受青睐。(学分:埃夫根尼·佩内夫/莱斯大学插图)

文摘:
当是圆比一个锯齿循环不太稳定?很显然,当你在谈论的碳纳米管。

纳米管对决:米U。理论表明特有“的Janus”接口在碳纳米管生长的共同机制

休斯顿,德克萨斯州| Posted on July 29th, 2019

莱斯大学的理论研究人员发现,以“之字形”和“扶手椅”方面从固体催化剂成长的隔离部分纳米管是更积极稳定比圆形布置会。

正确的情况下,他们报道,越来越碳纳米管和其催化剂之间的界面可以经由所述两面对“的Janus”配置达到其最低知的能态,具有相反6个扶手椅Z字形的半圈。

该术语指的是纳米管的边缘的形状:Z字形纳米管的末端看起来像锯齿,而扶手椅就像是有扶手一排座位。它们被称为石墨烯的碳原子的二维蜂窝状(以及其它2D的材料)的基本边缘配置和确定许多材料的属性,尤其是导电性。

工程学院布朗车队材料理论家鲍里斯Yakobson,研究人员和主要作者塞梅诺娃投注和助理研究教授叶夫根佩内夫的报告了他们在美国化学学会杂志ACS的纳米结果。

该理论是该小组的发现,去年,剑锋接口有可能形成钨和钴的催化剂,导致单一手性,称为(12,6)的延续,其他实验室的报告说,在2014年增长。

赖斯团队现在显示了这种结构不是唯一的一个特定的催化剂,但一些刚性的催化剂的一般特征。这是因为依附在纳米管边缘的原子总是寻求他们的最低能量状态,并且碰巧发现它的剑锋配置它们命名为A | Z。

“人们都认为在研究中,边缘的几何形状是一个圆,”佩内夫说。“这是直觉 - 这是正常的假设,最短边是最好的,但我们发现手性管的稍微拉长剑锋优势使得它可以与固体催化剂好得多接触这个边缘的能量可能相当低。“

在圈结构中,扁平扶手椅底部搁置在所述衬底上,从而提供催化剂和纳米管,生长直线上升之间的接触的最大数目。(詹纳斯边缘迫使它们以一定的角度增加。)

碳纳米管 - 长,石墨烯的卷起管 - 足够很难看到用电子显微镜。至今也没有办法,因为它在化学气相沉积炉的底部向上生长,观察纳米管的基础。但是,催化剂和界面处的纳米管可以告诉研究人员许多有关他们如何成长之间经过原子级能量的理论计算。

这就是赖斯的实验室一直奉行超过十年的道路,在这揭示了纳米管的生长分钟调整如何改变动力学,以及最终如何纳米管可以在应用程序中使用集线。

“一般地,在纳米管边缘新原子的插入要求打破所述纳米管和所述衬底之间的界面,”投注说。“如果接口很紧,这将花费太多的精力。这就是为什么在2009年Yakobson教授提出螺位错增长理论能够与扭结的存在,破坏了在纳米管上缘的网站连接速度增长 tight carbon nanotube-substrate contact.

“奇怪的是,尽管剑锋边缘配置允许与基材非常紧密接触它仍然保留了单扭结,将允许连续纳米管的生长,为我们展示了去年的钨钴催化剂,”投注说。

Bets ran extensive computer simulations to model nanotubes growing on three rigid catalysts that showed evidence of Janus growth and one more �fluid� catalyst, tungsten carbide, that did not.“该催化剂的表面非常移动,所以原子可以移动很多,”佩内夫说。“对于那一个,我们没有观察到明确的分工。”

Yakobson相比詹纳斯纳米管晶体的伍尔夫形状。“这有点令人惊讶的是我们的分析表明重组后,刻面边缘大力赞成手性管,”他说。“假设最低能量边必须是一个最小长度的圆,就像假设一个晶体形状必须是一个最小表面的球体,但我们很清楚,三维形状有小平面,二维形状是多边形,武尔夫结构就是一个缩影。

他说:“石墨烯必然有几个‘边’,但纳米管圆筒只有一个边,这使得能量分析不同。”“这提出了关于纳米管边缘的相关结构的基本有趣和实际重要的问题。”

莱斯大学的研究人员希望他们的发现能够帮助他们找到这些问题的答案。“这一发现的直接含义是,我们对增长机制的理解发生了范式转变,”Yakobson说。“这对于如何实际设计高效生长催化剂,特别是控制纳米管对称型的高效生长催化剂,用于电子和光学应用,可能会变得很重要。”

雅可布森是卡尔·F。材料科学、纳米工程和化学教授。美国国家科学基金会(NSF)和美国空军科学研究办公室支持了这项研究。

计算资源由国防部超级计算资源中心提供;由能源部科学办公室支持的国家能源研究科学计算中心;支持nsf的XSEDE超级计算机;国家自然科学基金会支持的在Rice的DAVinCI集群,由研究计算中心管理,并与Rice的Ken Kennedy信息技术研究所合作采购。

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关于莱斯大学
莱斯大学坐落在休斯敦一个占地300英亩的森林校园里,一直是美国前20名大学之一新闻与世界报道。赖斯学院在建筑学、商学、继续教育、工程学、人文、音乐、自然科学和社会科学等领域享有盛誉,同时也是贝克公共政策研究所的所在地。该校本科生3962人,研究生3027人,本科生与教师的比例略低于6:1。它的住宿学院系统建立了紧密联系的社区和终生的友谊,这也是为什么赖斯排名第一的原因之一。1个 .对于大量的种族/阶级的互动和不。《普林斯顿评论》(Princeton Review)的《生活质量》(quality of life)。赖斯也被Kiplinger的个人理财评为私立大学中最有价值的学生。

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请阅读摘要:

双面边缘使纳米管服从:

纳米管手性的罪魁祸首:

Yakobson研究小组:

乔治·R。布朗工程学院:

材料科学与纳米工程系:

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