Menghitung Teoretikus Gesekan dari Grafena

22 Januari 2012

JurnalScience-Serupa dengan trotoar jalan, melunak oleh terik matahari, akan memperlambat mobil, graphene - lembaran satu-atom-tebal karbon dengan sifat yang menakjubkan - melambat obyek meluncur di permukaannya. Tapi tumpukan lembaran dan graphene akan lebih licin, teori ini diungkap  di Institut Nasional Standar dan Teknologi (NIST), yang mengembangkan software baru untuk mengukur gesekan material.

"Saya tidak berpikir siapa pun mengharapkan graphene untuk berperilaku seperti permukaan dari bahan tiga dimensi, tetapi simulasi kami untuk pertama kalinya menjelaskan perbedaan pada skala atom," kata NIST peneliti postdoctoral Alex Smolyanitsky, yang menulis program pemodelan dan co-menulis sebuah jurnal baru tentang penelitian. "Jika orang ingin menggunakan graphene sebagai pelumas padat atau bahkan sebagai bagian dari elektroda yang fleksibel, ini adalah pekerjaan penting."

Dengan kapasitas yang akan dilipat, digulung atau ditumpuk, graphene adalah super-kuat dan memiliki sifat elektronik dan optik yang tidak biasa. Materi yang mungkin digunakan dalam aplikasi mulai dari sirkuit elektronik untuk sel surya untuk "mengoles" bagian yang bergerak dalam perangkat nano.

Gesekan adalah gaya yang tahan geser dari dua permukaan terhadap satu sama lain. Belajar gesekan pada skala atom merupakan tantangan, diatasi hanya dalam beberapa tahun terakhir. Perangkat lunak NIST mensimulasikan mikroskop kekuatan atom (AFM) menggunakan teknik dinamika molekuler. Program ini digunakan untuk mengukur apa yang terjadi ketika ujung AFM simulasi bergerak melintasi tumpukan 1-4 lembaran graphene (lihat gambar) pada tingkat pemindaian yang berbeda.

Para peneliti menemukan bahwa graphene mengalihkan bawah dan di sekitar ujung AFM. Warping, lokal sementara menciptakan gesekan rolling atau perlawanan, kekuatan yang diberikannya tarik pada objek melingkar bergulir sepanjang permukaan. Smolyanitsky membandingkan efek sinar matahari mencair dan pelunakan trotoar di negara di mana dia mendapatkan gelar doktornya, Arizona, menyebabkan ban mobil untuk tenggelam dalam sedikit dan memperlambat. Hasil NIST konsisten dengan eksperimen graphene terbaru oleh kelompok penelitian lain, tetapi menyediakan data kuantitatif baru.

Paling signifikan, studi NIST menunjukkan mengapa gesekan jatuh dengan setiap lembar dari graphene ditambahkan ke stack (pemindaian cepat juga memiliki efek pada gesekan). Dengan sedikit lapisan, lapisan atas mengalihkan lebih, dan gesekan per unit AFM kontak kekuatan meningkat. Permukaan atas dari stack menjadi kurang menghasilkan dan lebih licin sebagai lapisan graphene yang ditambahkan. Sebaliknya, gesekan tiga-dimensi seperti grafit-bahan hampir tidak terpengaruh oleh deformasi dan gesekan bergulir, dan bukan karena panas yang diciptakan oleh ujung bergerak.

Sumber Referensi :  A. Smolyanitsky, J. Killgore, V. Tewary. Effect of elastic deformation on frictional properties of few-layer graphene

Continue Reading | komentar

Metode Baru Konduktivitas termal

17 Desember 2011

 Sepasang nanoribbons boron menempel bersama-sama pada microdevice yang digunakan untuk mengukur konduktivitas termal. (Kredit: Courtesy of Lab Li)

JurnalSecience- Penemuan mengejutkan dari cara baru untuk menyempurnakan dan meningkatkan konduktivitas termal - properti dasar yang umumnya dianggap tetap untuk bahan tertentu - memberikan insinyur alat baru untuk mengelola efek termal dalam ponsel pintar dan komputer, laser dan sejumlah perangkat lainnya

Temuaan ini kerjakan oleh sekelompok insinyur yang dipimpin oleh Detu Li seorang profesor teknik mesin di Vanderbilt University dan hasil temuan mereka di publikasikan dalam jurnal Nature Nanotechnology pada tanggal 11.

Li dan rekan rekannya menemukan bahwa konduktivitas termal dari sepasang bahan strip tipis yang disebut nanoribbons boron dapat ditingkatkan hingga 45 % tergantung pada proses yang mereka gunakan untuk menempel kedua bahan tersebut. Meskipun penelitian ini dilakukan dengan nanoribbons boron, pada umumnya hasil dari ini bisa berlaku untuk bahan film tipis lainnya.

Cara Baru untuk mengendalikan efek termal:

“mengendalikan efek termal yang cenderung memiliki dampak yang signifikan dalam mikroeletronika pada desain ponsel pintar,komputer, desain lase dan LED sera sejumlah bidang lainnya. “ kata Greg Walker.

Menurut Li, kekuatan yang memegang bersama sama dua nanoribbons merupakan daya tarik elektrosatatik lemah (Van der Waals Force). Ini merupakan sebuah kekuatan yang sama yang memungkinkan tokek untuk merayap di dinding.

“Secara tradisional dan secara luas diyakini bahwa fonom yang membawa panas yang menyebar di van der waals interface, yang membuat konduktifitas termal pada buntalan pita dan berlaku sama untuk setiap pita. Apa yang kami temukan adalah sangat kontras dengan pendapat tradisional itu. Kami membuktikan bahwa fonon dapat melintas antar tanpa menyebar yang secara signifikan  meningkatkan konduktivitas termal, “ kata Li. Selain itu, para peneliti menemukan bahwa mereka bisa mengendalikan konduktivitas termal antara yang tinggi dan rendah dengan memperlakukan antarmuka dari pasangan nanoribbon dengan solusi yang berbeda.

Penyempurnaan tersebut sepenuhnya reversibel

Salah satu aspek yang luar biasa Li temukan adalah bahwa itu dalah reversibel. Misalnya, ketika peneliti membasahi interface (antarmuka) dari sepasang nanoribbons dengan isopropil alkohol, menekan mereka secara bersamaan dan membiarkan  mereka kering, termal konduktivitas  sama dengan berasal dari nanoribbon tunggal. Namun, ketika mereka dibasahi kembali dan dibiarkan kering, konduktivitas meningkat. Kemudian ketika meraka dibasahi dengan alkohol isopropil lagi, konduktivitas termal kembali ke nilai semula.

“Hal ii sangat sulit untuk menyetel tepat bahan dasar property konduktivitas termal dan konduktivitas termal menunjukkan hasilnya sangat menarik. Kata walker

Salah satu perangkat pertama di mana pengetahuan ini mungkin untuk diterapkan adalah manajemen termal dari perangkat mikroelektronika seperti chip komputer. Saat ini, triliunan transistor yang macet yang terdapat di dalam chip. Chip ini menghasilkan panas sehingga penemuan ini bisa dijadikan desain chip untuk mencegah overheating. Bahkan bisa dijadikan metode manajement panas untuk desain prosesor multi core. Penelitian ini juga bisa membantu bidang nanokomposit.

Penelitian ini dilakukan dengan dukungan finansial National Science Foundation, Lockheed Martin's Engineering and Technology University Research Initiatives program and the Office of Naval Research.

Referensi Jurnal: Enhanced and switchable nanoscale thermal conduction due to van der Waals   interfaces

Ditulis oleh: Juekuan Yang, Yang Yang, Scott W. Waltermire, Xiaoxia Wu, Haitao Zhang, Timothy Gutu, Youfei Jiang, Yunfei Chen, Alfred A. Zinn, Ravi Prasher, Terry T. Xu, Deyu Li.

Diterbitkan oleh Nature Nanotechnology

Continue Reading | komentar

Microbatteries Dengan Hati nanowire

14 Desember 2010

Livejurnal69 – Peneliti Rice University telah bergerak selangkah lebih dekat untuk menciptakan microbatteries tiga dimensi yang akan dikenakan biaya lebih cepat dan tahan melalui baterai lithium-ion konvensional. Ini merupakan generasi kekuatan baru dari sensor remote, layar tampilan, smart card, elektronik fleksibel dan perangkat biomedis.

Baterai menggunakan array vertikal kawat nano nikel-timah sempurna terbungkus PMMA, polimer banyak digunakan dikenal sebagai kaca. Laboratorium Nasi Pulickel Ajayan menemukan cara untuk andal nanowires mantel tunggal dengan lapisan halus elektrolit gel PMMA berbasis insulates kabel dari elektroda lawan sementara memungkinkan ion melewatinya.

Pekerjaan itu dilaporkan minggu ini dalam edisi online jurnal Nano Letters.

"Dalam baterai, Anda memiliki dua elektroda dipisahkan oleh sebuah penghalang tebal," kata Ajayan, profesor teknik mesin dan ilmu material dan kimia. "Tantangannya adalah untuk membawa segala sesuatu ke dalam jarak dekat sehingga elektrokimia ini menjadi jauh lebih efisien."

Ajayan dan timnya merasa mereka telah melakukan hal itu oleh hutan tumbuh kawat nano dilapisi - jutaan mereka pada sebuah chip berukuran kuku - untuk mikrodivais terukur dengan luas permukaan lebih besar dari baterai tipis-film konvensional. "Anda tidak bisa hanya skala ketebalan baterai tipis-film, karena kinetika lithium ion akan menjadi lamban," kata Ajayan.

"Kami ingin mencari tahu bagaimana desain 3-D yang diusulkan baterai dapat dibangun dari skala nano," kata Sanketh Gowda, seorang mahasiswa pascasarjana di lab Ajayan's. "Dengan meningkatkan ketinggian kawat nano, kita dapat meningkatkan jumlah energi yang tersimpan sementara menjaga jarak lithium ion difusi konstan."

Para peneliti, dipimpin oleh Gowda dan peneliti postdoctoral Arava Leela Mohana Reddy, bekerja lebih dari satu tahun untuk menyempurnakan proses.

"Untuk menjadi adil, konsep 3-D telah sekitar untuk sementara waktu," kata Reddy. "Terobosan di sini adalah kemampuan untuk meletakkan mantel konformal dari PMMA pada sebuah nanowire jarak jauh Bahkan istirahat kecil di coating akan menghancurkannya.." Dia mengatakan pendekatan yang sama sedang diuji pada sistem nanowire dengan kapasitas yang lebih tinggi.

Proses ini dibangun berdasarkan penelitian sebelumnya laboratorium untuk membangun kabel koaksial kawat nano yang dilaporkan dalam Surat Nano tahun lalu. Dalam karya baru, para peneliti tumbuh nanowires 10-mikron panjang melalui elektrodeposisi di pori-pori template alumina anodized. Mereka kemudian melebar pori-pori dengan teknik etsa kimia sederhana dan PMMA drop-dilapisi ke array untuk memberikan sebuah kawat nano bahkan casing dari atas ke bawah. kimia Sapuan template dihapus.

Mereka telah membangun microbatteries satu sentimeter persegi yang menyimpan lebih banyak energi dan biaya lebih cepat daripada baterai planar panjang elektroda yang sama. "Dengan akan 3-D, kami dapat memberikan lebih banyak energi di jejak yang sama," kata Gowda.

Mereka merasa lapisan PMMA akan meningkatkan jumlah kali baterai dapat diisi dengan menyeimbangkan kondisi antara kawat nano dan elektrolit cair, yang cenderung untuk memecah dari waktu ke waktu.

Tim ini juga mempelajari bagaimana bersepeda nanowires yang mempengaruhi, seperti elektroda silikon, memperluas dan kontrak sebagai ion lithium datang dan pergi. Mikroskop elektron gambar kawat nano diambil setelah banyak biaya / debit siklus tidak menunjukkan istirahat di casing PMMA - bahkan tidak lubang kecil. Hal ini menyebabkan para peneliti untuk percaya lapisan withstands ekspansi volume di elektroda, yang dapat meningkatkan rentang hidup baterai.

Co-penulis Beras mahasiswa pascasarjana Xiaobo Zhan; mantan peneliti postdoctoral Beras Manikoth Shaijumon, sekarang asisten profesor di Indian Institute of Science Pendidikan dan Penelitian, Thiruvananthapuram, India, dan mantan Rice penelitian ilmuwan Lijie Ci, kini menjadi peneliti senior dan manajer pengembangan di Samsung Cheil Industries.

The Hartley Family Foundation dan Universitas Rice mendanai penelitian itu.

Continue Reading | komentar