斯科尔科沃科技学院 信用:ACS Nano (2021)
DOI: 10
1021/acsnano
0c10609 来自CEST斯科勒特能源科技中心的科学家们已经开发出一种方法来模拟2D材料在压力下的行为
这项研究将有助于制造基于硅烯或其他2D材料的压力传感器
这篇论文发表在美国化学学会纳米期刊上
硅烯被认为是石墨烯的硅类似物，是硅的二维同素异形体
在其正常状态下，体硅是具有金刚石晶体类型结构的半导体
当它变薄到一层或几层时，它的性质会发生巨大的变化
然而，还不可能研究高压下2D材料电子性质的变化
来自俄国、意大利、美国和比利时的科学家开发了一种理论研究方法，该方法依靠量子化学，以硅烯为例，研究2D材料在压力下的电子性质
与在3D和2D状态下都稳定的碳相反，硅烯是亚稳定的，容易与环境相互作用
“硅是块状的半导体，是2D状态的金属
单层和多层硅烯的性质在理论上进行了广泛的研究
由于相邻硅原子之间的相互作用，硅烯是波纹状的，而不是扁平的
压力的增加应该会使硅烯变平并改变其性质，但这种影响还不能通过实验来研究，”斯科尔特研究科学家克里斯蒂安·坦塔迪尼解释说
在大多数情况下，用于沿垂直于其平面的轴向材料施加压力的实验工具同时在2D材料的面内方向产生压缩
因此，最终的测量结果很难准确，所以现在建模似乎是唯一可行的方法
“在我们的案例中，新的理论方法是唯一的解决方案
由于压力只沿一个方向施加，我们模拟材料的压缩，试图找出不同压力下电子结构、硅原子排列和它们的杂化发生变化的原因，以及层变平的原因，”斯科特高级研究科学家亚历山大·克瓦什宁评论道
准确预测硅烯或其他2D材料在压力下的行为将使硅烯成为压力传感器的一个有前途的候选材料
当放置在传感器内部时，硅烯可以根据材料对压缩的反应来帮助确定压力
例如，这种类型的传感器可用于对压力控制要求高的钻机中，以在不损坏设备的情况下增加钻孔力
“我们在建模研究中使用了硅化烯来测试这种方法，这种方法也适用于其他2D材料，包括已经在零压力下大量生产和使用的更稳定的材料，”斯科尔泰克的客座教授、比利时卢万天主教大学的教授泽维尔·冈泽说
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