تغییر رفتار سیم‌هایی از جنس طلا در مقیاس نانو


نتایج همایش نهایی پروژه NanoCap

مطالعاتTEM وAFM روی نانوسیم‌های طلا نشان داد که این
نانوسیم‌ها بر خلاف سیم‌های توده‌ای از جنس طلا حالت انعطاف پذیری ندارند.
دلیل این رفتار بروز نقص‌هایی موسوم به نقص دوقلو در این نانوسیم‌ها است.

سیم‌های نازک از جنس طلا به‌دلیل هدایت الکتریکی و انعطاف‌پذیری کاربردهای
وسیعی در صنعت الکترونیک دارند. اما نانوسیم‌های طلا این خاصیت را دارا
نیستند. تحقیقات اخیر دانشمندان در دانشگاه رایس نشان می‌دهد که
نانوسیم‌های طلا با قطر کمتر از 20 نانومتر تحت فشار دارای حالت شکننده
هستند. این گروه تحقیقاتی با یک روش جدید نشان دادند که در مقیاس
میکروسکوپی رفتار هدایت و انعطاف پذیری نانوسیم‌های طلا چگونه است. آنها
می‌دانستند که میکرو و نانوسیم‌هایی از جنس طلا در حین تحمل فشار، تغییر
شکل داده و دچار شکستگی می‌شوند. در این فرآیند سیم‌ها نازک می‌شوند یعنی
بر اثر وارد شدن فشار تغییر شکل داده و کشیده می‌شوند این کار به‌حدی ادامه
می‌یابد که در نهایت موجب پاره شدن رشته سیم می‌شود.
 

 

لو، از محققان این پروژه، می‌گوید: «طلا یک فلز انعطاف
پذیر است، یعنی می‌توان این فلز را کشید به‌طوری‌که این فلز تا حدی زیادی
با تغییر شکل و نازک شدن در مقابل فرآیند کشیده شدن از خود مقاومت نشان
می‌دهد. اما در این پروژه ما دریافتیم که نانوسیم‌های طلا ضرورتا منعطف
نیستند. زمانی که ما نانوسیم‌ها را تحت فشارهای مختلف قرار دادیم مشخص شد
که نانوسیم دچار نقص‌هایی موسوم به دوقلو می‌شوند». اصطلاح نقص دوقلو به
ساختاری اطلاق می‌شود که دارای ساختار اتمی آیینه مانند در نقص باشد. چنین
چیزی تنها در بلورها دیده می‌شود. در مرز دانه‌ها، اتم‌های این سو و آن سو،
تصویر آیینه‌ای یکدیگر هستند. این نقص‌ها در زیر میکروسکوپ الکترونی
به‌صورت خطوطی تیره روی نانوسیم مشاهده می‌شوند. چنین موادی کاملا شکننده
نبوده، مانند سرامیک و شیشه، بلکه دارای انعطاف‌پذیری بسیار اندکی هستند،
البته ممکن است انعطاف‌پذیری نیز نداشته باشند. به چنین حالتی اصطلاحا “شبه
شکنندگی” اطلاق می‌شود. رفتار شکستگی در این مواد کاملا با مواد معمولی
متفاوت است.

این گروه تحقیقاتی روی 22 نانوسیم طلا با ابعادی کمتر از 20 نانومتر با
استفاده از TEM وAFM مطالعه کردند. آنها نیروی مشخصی را به این نانوسیم‌ها
وارد کردند. با این کار نقص‌های دوقلو در سطح نانوسیم گسترش پیدا کرد. با
مشاهده این نقص‌ها، انعطاف‌پذیری نانوسیم‌ها کاهش می‌یابند و در نهایت منجر
به شکستن آنها می‌شود. لو می‌گوید ما انتظار چنین نقص‌هایی را در نانوسیم
طلا نداشتیم.

نتایج این کار در نشریه journal Advanced Functional Materials به چاپ
رسیده است.