Un gruppo di scienziati russi ha scoperto che includere alcune sostanze dentro nanobolle fa loro assumere proprietà inusuali e interessanti.
Gli scienziati di Skoltech hanno modellato il comportamento delle nanobolle che compaiono nelle eterostrutture di van der Waals e il comportamento delle sostanze intrappolate all’interno delle bolle.
In futuro, il nuovo modello aiuterà a ottenere equazioni di stato per le sostanze in nano-volumi, aprendo nuove opportunità per l’estrazione di idrocarburi dalla roccia con grandi quantità di micro e nanopori.
Le nanostrutture di van der Waals sono molto promettenti per lo studio di campioni più piccoli con volumi da 1 micron cubico fino a diversi nanometri cubi.
Questi strati atomicamente sottili di materiali bidimensionali, come grafene, nitruro di boro esagonale (hBN) e dicalcogenuri di metalli di transizione, sono tenuti insieme solo da una debole interazione di van der Waals.
L’inserimento di un campione tra gli strati separa gli strati superiore e inferiore, facendo sollevare lo strato superiore per formare una nanobolla.
La struttura risultante sarà quindi disponibile per l’elettrone di trasmissione e la microscopia a forza atomica, fornendo uno spaccato della struttura della sostanza all’interno della bolla.
Le proprietà esibite dalle sostanze all’interno delle nanobolle di van der Waals sono piuttosto insolite.
Ad esempio, l’acqua intrappolata all’interno di una nanobolla mostra una decupla della sua costante dielettrica e incide la superficie del diamante, cosa che non farebbe mai in condizioni normali. L’argon che di solito esiste in forma liquida quando in grandi quantità può diventare solido alla stessa pressione se intrappolato all’interno di nanobolle molto piccole con un raggio inferiore a 50 nanometri.
Gli scienziati guidati dal professor Iskander Akhatov dello Skoltech Center for Design, Manufacturing and Materials (CDMM) hanno costruito un modello numerico universale di una nanobolla che aiuta a prevedere la forma della bolla in determinate condizioni termodinamiche e descrivere la struttura molecolare della sostanza intrappolata all’interno.
In senso pratico, le bolle nelle strutture di van der Waals sono spesso considerate come difetti che gli sperimentatori sono desiderosi di eliminare.
Tuttavia le bolle creano tensione e il suo effetto sulla struttura elettronica può essere utilizzato per creare dispositivi pratici, come transistor, elementi logici e ROM
ha commentato lo studio Petr Zhilyaev, ricercatore senior presso Skoltech.
Nel nostro recente studio, abbiamo creato un modello che descrive una forma specifica che le nanobolle piatte assumono solo nella gamma di dimensioni del subnanometro. Abbiamo scoperto che la dimensione verticale di queste nanostrutture può assumere solo valori discreti divisibili per la dimensione delle molecole intrappolate. Inoltre, il modello consente di modificare le dimensioni delle nanobolle controllando la temperatura del sistema e i parametri fisico-chimici dei materiali
ha spiegato un ricercatore senior di Skoltech, Timur Aslyamov.
Qui lo studio completo:
- Model of graphene nanobubble: Combining classical density functional and elasticity theories (aip.scitation.org)