将气球拉长以使其更容易充气是一种常见的做法。当气球拉伸时，横向宽度会收缩到绳子的大小。博士生诺亚·斯托克 (Noah Stocek) 与西方大学物理学家乔瓦尼·范奇尼 (Giovanni Fanchini) 合作开发了一种新的纳米材料，证明了这种现象的相反情况。
Stocek 和 Fanchini 在 Tandetron 加速器设施所在地 Interface Science Western 工作，配制了二维半碳化钨纳米片(或 W2C，一种含有等量钨和碳原子的化合物)，当沿一个方向拉伸时，纳米片会膨胀垂直于所施加的力。这种结构设计称为拉胀。
诀窍在于纳米片本身的结构并不平坦。片材中的原子由每个碳原子各有两个钨原子的重复单元组成，这些重复单元的排列就像鸡蛋盒的凹坑表面一样。当张力沿一个方向施加在弹性纳米片上时，随着凹坑变平，它会在另一维上扩展。
在这项创新之前，据报道只有一种材料能够以这种违反直觉的方式每单位长度膨胀 10%。西方设计的半碳化钨纳米片可膨胀至 40%，创造了新的世界纪录。
“我们特别希望用半碳化钨制造一种二维纳米材料，”斯托切克说。 “2018年，理论家预测它可能会表现出出色的这种行为，但尽管世界各地的研究小组进行了广泛的尝试，但没有人能够开发出它。”
使用化学方法构建新型半碳化钨纳米材料是不可能的，因此斯托克和凡奇尼依靠等离子体物理学来形成单原子层。等离子体由带电原子粒子组成，是物质的第四种状态(固体、液体和气体)。在自然界中可以在北极光或北极光以及最近日食期间的日冕中观察到等离子体。它还用于霓虹灯、荧光灯管和平板电视。
通常，用于制造二维纳米材料的仪器是特殊的熔炉，其中气体被加热到足够高的温度以发生化学反应并形成所需的物质。这种方法根本行不通，因为任何化学反应(最常见的过程)都会产生与所需纳米材料不同的产品。
“这就是大多数在我们之前尝试获取这种材料的研究人员陷入困境的地方，因此我们必须转向，”凡奇尼说。
Stocek 和 Fanchini 没有在熔炉中加热由钨和碳原子组成的气体，这种气体会像固体、液体或气体那样产生中性粒子，而是设计了一种新的定制仪器，可以产生等离子体，等离子体由带电粒子组成。粒子。
延伸目标
这些 W2C 纳米片有无数可能的应用，首先是新型应变计。这些商用测量仪是测量从飞机机翼到家庭管道的各种膨胀和拉伸的标准方法。
“想象一下，如果您想知道家里的管道是否变形并且在某个时刻有破裂的风险。您可以将传感器粘贴在由这种二维纳米材料制成的管道上，然后使用计算机监测通过它的电流。如果电流上升，则意味着管道正在扩张，并有破裂的风险，”斯托切克说。
事实上，新的纳米材料变得更具导电性，这为传感器或任何检测环境事件或变化并将信息发送到其他电子设备等设备的无限可能性打开了大门。另一种应用是将材料嵌入可拉伸电子产品中，例如可穿戴技术，以便它们具有更高的导电性。
Fanchini 说：“通常，应变计依赖于这样一个事实：当你拉伸材料时，它会变得更薄，并且会改变材料的电导率来承载电流。” “有了这种新的纳米材料，这种情况将不再是这样。”
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