भौतिक विज्ञानी 2-डी monolayer सामग्री के यांत्रिक गुणों को मापते हैं

रेलवे ग्रुप - डी || भौतिक विज्ञान 187 प्रश्न रट डालो || Imp. For || RAILWAY, RPF, RRB, ALP (जुलाई 2019).

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आज की सबसे पतली सामग्री का उत्पादन एक परमाणु की मोटाई है। इन सामग्रियों को - द्वि-आयामी सामग्री के रूप में जाना जाता है - गुणों को प्रदर्शित करता है जो उनके थोक त्रि-आयामी समकक्षों की तुलना में बहुत अलग होते हैं। हाल ही में, 2-डी सामग्री का उत्पादन किया गया था और कुछ उपयुक्त 3-डी सब्सट्रेट की सतह पर फिल्मों के रूप में छेड़छाड़ की गई थी। लीबनिज़ इंस्टीट्यूट फॉर न्यू मैटेरियल्स की एक टीम के सहयोग से काम करते हुए, प्रोफेसर उवे हार्टमैन के नेतृत्व में सार्लैंड विश्वविद्यालय में भौतिकविदों के एक समूह ने पहली बार फ्री-स्टैंडिंग एकल-परमाणु-मोटी झिल्ली के यांत्रिक गुणों को दर्शाने में सफल रहा ग्राफीन। माप स्कैनिंग सुरंग माइक्रोस्कोपी (एसटीएम) का उपयोग करके किया गया था। शोधकर्ताओं ने अपने परिणाम विशेषज्ञ पत्रिका नैनोस्केल में प्रकाशित किए हैं।

द्वि-आयामी सामग्री केवल कुछ वर्षों के लिए जाना जाता है। 2010 में, वैज्ञानिक एंड्रे गीम और कॉन्स्टेंटिन नोवोसेलोव को भौतिक विज्ञान में भौतिक विज्ञान में उनके शोध कार्य के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया - शुद्ध कार्बन का एक द्वि-आयामी आवंटन। उस खोज के बाद, सिलिकॉन या जर्मेनियम से बने कई अन्य 2-डी सामग्री का उत्पादन और विशेषता थी। सार्लैंड विश्वविद्यालय के एक प्रयोगात्मक भौतिक विज्ञानी प्रोफेसर उवे हार्टमैन बताते हैं, "इन सामग्रियों की विशेष विशेषता यह है कि वे केवल एक परमाणु मोटी हैं - वे व्यावहारिक रूप से सभी सतह हैं।" नतीजतन उनके पास भौतिक गुण होते हैं जो उनके अधिक पारंपरिक त्रि-आयामी रिश्तेदारों के लिए पूरी तरह अलग होते हैं।

"Graphene की कुछ विन्यास के इलेक्ट्रॉनिक गुण शानदार हैं। सामग्री के इंटीरियर में इलेक्ट्रॉन सापेक्ष हैं, यानी वे सापेक्षता सिद्धांत के नियमों का पालन करते हैं, जो निश्चित रूप से परंपरागत सामग्रियों में इलेक्ट्रॉनों के मामले में नहीं है। यह कई दिलचस्प सुझाव देता है हार्टमैन कहते हैं, "द्वि-आयामी सामग्री से निर्मित इलेक्ट्रॉनिक घटकों के लिए फायदे।" इन 2-डी सामग्री के यांत्रिक गुण भी अद्वितीय हैं। हार्टमैन के मुताबिक: "इन द्वि-आयामी सामग्रियों की कुछ विन्यास यांत्रिक स्थिरता की एक डिग्री प्रदर्शित करती हैं - जो सामग्री की मोटाई के सापेक्ष है - सबसे स्थिर त्रि-आयामी सामग्री में दिखाई देने से अधिक।" इस क्षमता का फायदा उठाने के लिए, यूरोपीय संघ ने 2013 में अपनी ग्रैफेन फ्लैगशिप प्रोजेक्ट की स्थापना की। € 1 बिलियन के शोध बजट के साथ यूरोपीय संघ की सबसे बड़ी शोध पहल की तारीख है।

हालांकि, इन उपन्यास सामग्रियों के यांत्रिक गुणों की जानकारी अब तक सिमुलेशन से ली गई है। "अब तक, द्वि-आयामी सामग्री के साथ काम करना एक उपयुक्त त्रि-आयामी सब्सट्रेट की सतह पर अल्ट्राथिन फिल्मों के साथ काम करना है। परिणामस्वरूप, समग्र प्रणाली के गुण अनिवार्य रूप से त्रि-आयामी सामग्री द्वारा निर्धारित किए जाते हैं, " बताते हैं हार्टमैन। लिबनिज़ इंस्टीट्यूट फॉर न्यू मैटेरियल्स (आईएनएम) के सहयोग से काम करते हुए, जो सार्ब्रुकन परिसर में भी स्थित है, नैनोस्टक्चर रिसर्च और नैनो टेक्नोलॉजी विभाग में हार्टमैन की शोध टीम ने पहली बार मुफ्त में यांत्रिक गुणों के यांत्रिक गुणों को मापने में सफलता प्राप्त की है। कार्बन आलोट्रॉप graphene की खड़े, एकल परमाणु परत झिल्ली।

प्रोफेसर हार्टमैन कहते हैं, "अब हम अपने प्रायोगिक निष्कर्षों के साथ मॉडल गणनाओं से सीधे डेटा की तुलना करने की स्थिति में हैं। इसके अलावा, अब हम यह माप सकते हैं कि झिल्ली के क्रिस्टल जाल में विभिन्न दोषों को इसके यांत्रिक गुणों को कैसे प्रभावित करते हैं।" इन द्वि-आयामी सामग्रियों में सिस्टम और ईंधन कोशिकाओं को फ़िल्टर करने के लिए सेंसर और एक्ट्यूएटर से विभिन्न तकनीकी क्षेत्रों में अभिनव विकास का महत्वपूर्ण वादा होता है। Saarbrücken में टीम द्वारा विकसित परिणाम और विधियां इसलिए शोध के कई क्षेत्रों में प्रमुख रुचि रखते हैं।

सार्ब्रुकन के वैज्ञानिकों ने एक ग्रैफेन मोनोलेयर का उपयोग किया जो एक सब्सट्रेट पर सर्कुलर छेद की नियमित सरणी के साथ समर्थित था। हार्टमैन इस प्रकार सेट-अप बताते हैं: "छेद के बारे में एक माइक्रोमीटर का व्यास था। स्कैनिंग सुरंग सूक्ष्मदर्शी (एसटीएम) का उपयोग करके हम परमाणु परिशुद्धता के साथ छेद के ऊपर मुक्त खड़े झिल्ली का विश्लेषण करने में सक्षम थे।"

हार्टमैन बताते हैं, "जब एसटीएम की नोक और ग्रैफेन के सिंगल-परमाणु-मोटी झिल्ली के बीच एक विद्युत वोल्टेज लागू होता है, तो विद्युत प्रवाह बहता है।" यह वर्तमान, जिसे "सुरंग वर्तमान" के रूप में जाना जाता है, माइक्रोस्कोप टिप और झिल्ली नमूना और ग्रैफेन फिल्म में इलेक्ट्रॉन वितरण के बीच की दूरी के प्रति बहुत संवेदनशील है। "हम व्यक्तिगत परमाणुओं को दृश्यमान बनाने के लिए इस प्रभाव का उपयोग करते हैं। सुरंग वर्तमान में बदलती है जबकि एसटीएम टिप सामग्री पर स्कैन की जाती है।" लेकिन शोधकर्ता भी एक और प्रभाव का उपयोग करते हैं। जब एसटीएम और नमूना की नोक के बीच वोल्टेज लागू होता है, तो एक बल फ्री-स्टैंडिंग ग्रैफेन झिल्ली पर कार्य करता है और यह टिप की तरफ बढ़ने लगता है। "जैसे ही टिप वापस ले ली जाती है, परमाणु रूप से पतला मोनोलेयर और भी उभरा होता है, क्योंकि इसे प्रभावी रूप से सटीक चिमटी द्वारा उठाया जा रहा है। एसटीएम द्वारा उत्पन्न इलेक्ट्रोस्टैटिक खींचने बल के एक समारोह के रूप में झिल्ली विक्षेपन को मापना तनाव-तनाव आरेख उत्पन्न करता है हार्टमैन बताते हैं, "हमें graphene झिल्ली के प्रमुख यांत्रिक गुण प्रदान करता है।"

"इन प्रयोगात्मक तनाव-तनाव आरेखों को रिकॉर्ड करके, हम असाधारण यांत्रिक गुणों को सीधे सत्यापित करने में सक्षम हुए हैं जिन्हें अब तक इन सामग्रियों के लिए माना गया है। और हम न्यूटन के अरबों के आदेश की शक्तियों का उपयोग करके ऐसा करने में सक्षम थे - एक पारंपरिक यांत्रिक माप में उपयोग की जाने वाली किसी भी बल से बहुत दूर, "हार्टमैन कहते हैं। शोधकर्ता यह भी दिखा सकते थे कि जब गैफनी के मुक्त खड़े झिल्ली पर एक बल लागू किया गया था, तो झिल्ली एक केटलड्रम की चिकनी त्वचा की तरह व्यवहार नहीं करती थी, लेकिन झील की लहर वाली सतह की तरह अधिक दिखाई देती थी। झिल्ली वेवेलिक गति की एक श्रृंखला प्रदर्शित करती है और झिल्ली की सतह में नई तरंगें उत्पन्न करके वे बाहरी बाहरी अशांति का जवाब देती हैं। "

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