Uma equipe de pesquisa liderada pelo Professor Yang Lu do Departamento de Engenharia Mecânica da A Universidade de Hong Kong desenvolveu uma técnica para avaliar a instabilidade em filmes atomicamente finos, marcando um avanço significativo neste campo. Os resultados foram publicados na revista Comunicações da Natureza.

Materiais bidimensionais (2D) possuem capacidades mecânicas e físicas excepcionais e espessura em nível atômico. Eles têm grande potencial para uso em várias disciplinas, incluindo materiais compostos, eletrônica flexível e semicondutores.
Quando materiais 2D de camada única são expostos a restrições geométricas, eles sofrem deformação fora do plano devido à sua rigidez de flexão extremamente baixa. Isso pode resultar em ondulações, flambagem, enrugamento ou mesmo dobras, o que pode impactar substancialmente suas características mecânicas, elétricas e térmicas.
A estabilidade mecânica também impacta fortemente a longevidade e a funcionalidade de dispositivos baseados em materiais 2D suspensos, como membranas de transporte de prótons, nanocanais, ressonadores, osciladores e nano kirigami/origami.
Entender os mecanismos de estabilidade mecânica de materiais 2D e obter controle sobre seus comportamentos de instabilidade é essencial para usar materiais 2D e outros filmes atomicamente finos em aplicações mecânicas.
A equipe do professor Lu, trabalhando com cientistas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, desenvolveu uma técnica de “push-to-shear” que permitiu o ajuste controlável das características de instabilidade de materiais 2D e a primeira observação in situ da deformação de cisalhamento no plano de materiais 2D de camada única.
Os princípios mecânicos e mecanismos de controle da instabilidade multiordem em filmes atomicamente finos foram revelados pela combinação de pesquisa teórica com simulações de dinâmica molecular.
A equipe pretende trabalhar com parceiros da indústria para criar um novo plataforma de medição mecânica para filmes atomicamente finos. Esta plataforma utilizará no native técnicas micro/nanomecânicas para permitir a engenharia de deformação profunda das propriedades físicas dos materiais e obter medições de propriedades mecânicas de alto rendimento.
Este avanço na pesquisa supera a dificuldade de controlar o comportamento de instabilidade de materiais 2D de camada de átomo único suspensos, alcançando a medição da rigidez de flexão de grafeno de camada única e dissulfeto de molibdênio (MoS2). O estudo também oferece novas oportunidades para modular a morfologia da instabilidade em nanoescala e as propriedades físicas de filmes atomicamente finos.
Yang Lu, Professor, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade de Hong Kong
Lu disse: “Desenvolvemos um dispositivo de cisalhamento in situ baseado em MEMS para controlar o comportamento de instabilidade de materiais 2D de camada única suspensos, que também é aplicável a outros filmes atomicamente finos.”
Investigamos ainda mais a evolução da morfologia das rugas de materiais 2D induzida pela instabilidade, descobrindo diferentes caminhos de instabilidade e recuperação dominados por mudanças no comprimento de onda e amplitude das rugas, e fornecendo um novo método de mecânica experimental para avaliar o comportamento de instabilidade e desempenho de flexão de filmes atomicamente finos..
Yang Lu, Professor, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade de Hong Kong
O professor Lu acrescentou: “Além disso, as mudanças locais de tensão/deformação e curvatura relacionadas ao processo de instabilidade de materiais 2D têm aplicações importantes em campos físicos e químicos, como a alteração da estrutura eletrônica por meio do ajuste da morfologia enrugada e do estabelecimento de canais rápidos de transporte de prótons..”
Esta pesquisa alcançou modulação de instabilidade controlável de materiais atomicamente finos representados por materiais 2D. Comparado à engenharia de deformação por tração tradicional, a deformação por cisalhamento pode common profundamente a estrutura de banda de materiais 2D. No futuro, continuaremos a avançar esta pesquisa e, finalmente, esperamos alcançar um design integrado de mecânica e funcionalidade em materiais de baixa dimensão sob deformação profunda.
Dr. Hou Yuan, primeiro autor do estudo e pesquisador de pós-doutorado, Universidade de Hong Kong
Referência do periódico:
Hou, Y., e outros. (2024) Ajuste de instabilidade em materiais 2D monocamadas suspensos. Comunicações da Natureza. doi.org/10.1038/s41467-024-48345-7.