莱斯大学的一组研究人员绘制出了二维材料斑点如何在液体中移动的知识，这可以帮助科学家组装具有与二维材料相同有用特性的宏观尺度材料。
Utana Umezaki 是莱斯大学的研究生，也是《ACS Nano》上发表的一项研究的主要作者。（杰夫·菲特洛/莱斯大学摄）
“二维纳米材料非常薄——只有几个原子厚——片状材料，”莱斯大学研究生Utana Umezaki说，他是《ACS Nano》上发表的一项研究的主要作者。“它们的行为与我们日常生活中使用的材料非常不同，并且具有真正有用的特性：它们可以承受很大的力，耐高温等等。为了利用这些独特的特性，我们必须找到方法将它们转化为薄膜和纤维等更大规模的材料。”
为了保持散装形式的特殊性能，二维材料片必须正确对齐——这一过程经常发生在溶液相中。莱斯大学的研究人员专注于由碳原子组成的石墨烯和六方氮化硼，这是一种与石墨烯结构相似但由硼和氮原子组成的材料。
（图片由马里奥·诺顿/莱斯大学提供）
“我们对六方氮化硼特别感兴趣，它有时被称为‘白色石墨烯’，与石墨烯不同，它不导电，但具有高拉伸强度和耐化学性，”化学、生物工程教授Angel Martí说道。 、材料科学和纳米工程以及莱斯大学化学系系主任。“我们意识到的一件事是，人们对六方氮化硼在溶液中的扩散还不是很了解。
“事实上，当我们查阅文献时，我们发现石墨烯也是如此。我们无法找到这些材料在单分子水平上的扩散动力学的解释，这正是我们解决这个问题的动力。”
研究人员使用荧光表面活性剂（即发光肥皂）来标记纳米材料样品并使它们的运动可见。这种运动的视频使研究人员能够绘制出样本的轨迹，并确定它们的大小和运动方式之间的关系。
Utana Umezaki（左）和 Angel Martí（摄影：Jeff Fitlow/莱斯大学）
“根据我们的观察，我们发现它们的运动速度和体型之间存在一个有趣的趋势，”梅崎说。“我们可以用一个相对简单的方程来表达趋势，这意味着我们可以用数学方式预测运动。”
人们发现石墨烯在液体溶液中移动速度较慢，这可能是由于其层比六方氮化硼更薄且更柔韧，从而产生更多摩擦。研究人员认为，从实验中得出的公式可以用来描述其他二维材料在类似情况下如何移动。
“了解这些材料在有限环境中的扩散作用非常重要，因为——例如，如果我们想要制造纤维——我们会通过非常薄的注射器或喷丝板挤出这些材料，”马蒂说。“因此，这是了解这些材料在这种有限环境中如何开始组装和表现的第一步。”
阿纳托利·科洛梅斯基（左）是莱斯大学化学及化学与生物分子工程教授。Matteo Pasquali 是 AJ Hartsook 化学与生物分子工程教授，也是化学、材料科学和纳米工程教授。（摄影：Gustavo Raskoksy/莱斯大学）
作为研究二维纳米片材料流体动力学的首批研究之一，该研究有助于填补该领域的空白，并有助于克服二维材料制造的挑战。
“我们研究这些构建模块的最终目标是能够生成宏观材料，”马蒂说。
莱斯大学化学和化学与生物分子工程教授阿纳托利·科洛梅斯基 ( Anatoly Kolomeisky ) 和化学与生物分子工程 AJ Hartsook 教授、化学、材料科学和纳米工程教授马泰奥·帕斯夸里 (Matteo Pasquali ) 是该研究的通讯作者。
该研究得到了国家科学基金会（1807737、2108838）、空军科学研究办公室（FA9550-19-1-7045）和韦尔奇基金会（C-2152、C-1668、C-1559）的支持。
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