Уборка дома на наноуровне

Разрабатан метод очистки поверхностей на наноуровне

Команда ученых из Университета Фридриха-Александра Эрлангена-Нюрнберга (FAU) разработала новый метод механической очистки поверхностей на наноуровне. С помощью этого метода можно успешно удалять даже самые мелкие загрязнения вплоть до атомного масштаба, достигая беспрецедентного уровня чистоты. Результаты этого исследования под руководством профессора а Эрдмана Шпикера из Департамента материаловедения FAU теперь опубликованы в журнале Nature Communications.

Самая маленькая в мире метла

Вдохновение для техники было извлечено из повседневной жизни, так как уборка метлой работает аналогичным образом. Конечно, на наноуровне вместо целой метлы используется только одна щетина в виде очень маленького металлического наконечника. Эта «щетина» прижимается к поверхности и движется вперед и назад широкими движениями. 

«Это действительно удивительно похоже на обычную метлу», – говорит профессор Шпикер. «Метла удаляет рыхлые частицы, такие как пыль или панировочные сухари, и на наномасштабах она ничем не отличается». 

Однако метла управляется не рукой, а джойстиком, который управляет маленьким двигателем. Кроме того, мощные электронные микроскопы используются для мониторинга и контроля процесса очистки в режиме реального времени.

Очистка самого тонкого окна в мире

Очистив графен, команде удалось применить свою технику к самому тонкому материалу из существующих, поскольку графен сделан из одного атомного слоя углерода. 

«Главная задача заключалась в том, чтобы очистить графен с обеих сторон, подобно очистке оконного стекла», – говорит Питер Швейцер, научный сотрудник кафедры микро- и наноструктурных исследований, который проводил тонкие эксперименты со своим коллегой Кристианом Долле. «С нашими электронными микроскопами мы всегда должны просматривать материал. Иначе невозможно раскрыть атомную структуру. Графен известен своей механической прочностью. Тем не менее, весьма удивительно, что одноатомный слой может выдерживать высокие механические нагрузки в процессе очистки без повреждения. «Когда мы впервые рассказали об этом нашим коллегам, они нам не поверили»

Нано-пыль: ничто не остается чистым навсегда

Наличие атомно-чистых поверхностей позволило авторам этого исследования также изучить происхождение и механизмы повторного загрязнения на наноуровне. Оставление очищенного образца на воздухе приводит к быстрому накоплению пыли на его поверхности. 

«Это действительно неудивительно, поскольку мы все слишком хорошо знакомы с оседанием пыли в наших домах. Нет никаких причин, почему это должно быть по-другому на наномасштабе», – говорит профессор Шпикер. 

Помимо загрязнения воздуха, команда также обнаружила распространенность поверхностной диффузии(проникновение одного вещества в другое при их соприкосновении), когда очищенный образец помещают в вакуумную среду, явление, часто встречающееся в научных экспериментах.

Молекулярная сборка

Наконец, исследовательская группа использовала атомно-чистые поверхности в качестве основы для целенаправленной сборки атомно-тонкого слоя из молекулярных строительных блоков. Молекулы порфирина, синтезированные на химическом факультете, наносились на очищенные поверхности и приваривались мощным электронным пучком. В результате был получен графеноподобный монослой с нанокристаллической структурой.

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-15255-3

Вас также может заинтересовать:

Нейроны возбуждаются графеном