Les calculs des scientifiques de l'Université Rice montrent qu'une couche bidimensionnelle de bisulfure de molybdène peut devenir superplastique en modifiant ses conditions environnementales. Dans une atmosphère avec du soufre et sous la bonne température et pression, la barrière énergétique est abaissée, permettant aux dislocations le long des joints de grains de se déplacer et de modifier les propriétés du matériau. S2 fait référence à une molécule de disulfure; VS2 est une vacance à deux atomes de soufre. Crédit :Xiaolong Zou/Université du riz
Et si c'était cassant aux arachides, sous certaines conditions, s'est comporté comme de la tire? Quelque chose comme ça arrive à un dichalcogénure bidimensionnel analysé par des scientifiques de l'Université Rice.
Les chercheurs de Rice ont calculé que des couches atomiquement minces de bisulfure de molybdène peuvent prendre les qualités du plastique en étant exposées à un gaz infusé de soufre à la bonne température et à la bonne pression.
Cela signifie qu'on peut le déformer sans le casser - une propriété que de nombreux scientifiques des matériaux qui étudient les matériaux bidimensionnels devraient trouver intéressantes, selon le physicien théoricien Rice Boris Yakobson et le chercheur postdoctoral Xiaolong Zou; ils ont dirigé l'étude publiée dans la revue American Chemical Society Lettres nano .
bisulfure de molybdène, objet d'étude dans de nombreux laboratoires pour ses propriétés semi-conductrices, intéressé le laboratoire Rice en raison des caractéristiques de ses joints de grains. Les matériaux bidimensionnels comme le graphène sont en fait plats, feuilles d'épaisseur atomique. Mais le bisulfure de molybdène 2-D est un sandwich, avec des couches de soufre au-dessus et au-dessous des atomes de molybdène.
Lorsque deux feuilles se rejoignent sous des angles différents pendant la croissance dans un four, les atomes aux frontières doivent compenser en improvisant des arrangements "défectueux", appelées luxations, où ils se rejoignent.
Les chercheurs ont déterminé qu'il pourrait être possible de favoriser le mouvement de ces dislocations grâce au contrôle environnemental du milieu gazeux. Cela modifierait les propriétés du matériau pour lui donner une superplasticité, ce qui lui permet de se déformer au-delà de son point de rupture habituel.
Les calculs des scientifiques de l'Université Rice montrent qu'une couche bidimensionnelle de bisulfure de molybdène peut devenir superplastique en modifiant ses conditions environnementales. Dans une atmosphère avec du soufre et sous la bonne température et pression, la barrière énergétique est abaissée, permettant aux dislocations le long des joints de grains de se déplacer et de modifier les propriétés du matériau. S2 fait référence à une molécule de disulfure; VS2 est une vacance à deux atomes de soufre. Crédit :Xiaolong Zou/Université du riz
Les matières plastiques peuvent être réarrangées et conserveront leur nouvelle forme. Par exemple, un plombier peut plier un tuyau métallique; cette qualité pliable est la plasticité. Yakobson a noté que ces matériaux peuvent redevenir fragiles avec de nouveaux changements dans l'environnement.
"Généralement, le couplage de la chimie et de la mécanique est assez rare et scientifiquement difficile à appréhender, " dit Yakobson, dont le groupe de Rice analyse les matériaux en calculant les énergies qui lient leurs atomes. "La corrosion est le meilleur exemple de la façon dont la chimie affecte le comportement mécanique, et la science de la corrosion est toujours en développement."
Pour le bisulfure de molybdène, ils ont découvert deux mécanismes par lesquels les frontières pouvaient surmonter les barrières d'énergie d'activation et conduire à une superplasticité. En premier, appelé recollage direct, un seul atome de molybdène dans une dislocation se déplacerait en réponse à des forces externes. Dans la seconde, rotation des obligations, plusieurs atomes se déplaceraient dans des directions opposées.
Ils ont calculé que la barrière pour le recollage direct, bien que moins dramatique, est beaucoup plus faible que pour la rotation des obligations. « Par le chemin du recollage, la mobilité de ce défaut change de plusieurs ordres de grandeur, " a déclaré Yakobson. " Nous savons par la mécanique des matériaux que les qualités fragiles ou ductiles sont définies par la mobilité de ces dislocations. Ce que nous montrons, c'est que nous pouvons affecter les biens corporels, l'extensibilité, du matériel."
Yakobson a suggéré qu'il pourrait être possible d'ajuster la plasticité des dichalcogénures en général et qu'il pourrait également être possible d'éliminer les défauts d'une feuille de dichalcogénure 2-D en traitant les dislocations « pour leur permettre de se diffuser rapidement et de disparaître ou de former des états agrégés." Cela ouvrirait probablement la voie à la fabrication plus facile de dichalcogénures qui nécessitent des propriétés électriques ou mécaniques particulières pour les applications, il a dit.
"Nous pensons à ces matériaux bidimensionnels comme une toile ouverte, théoriquement parlant, " a-t-il dit. " Vous pouvez très rapidement les lire et y écrire des modifications. Les matériaux en vrac n'ont pas cette ouverture, mais ici, chaque atome est à proximité immédiate de l'environnement."
