¿Qué pasa si el maní es quebradizo? bajo ciertas condiciones, se comportó como caramelo? Algo así le sucede a un dicalcogenuro bidimensional analizado por científicos de la Universidad de Rice.

Los investigadores de Rice calcularon que las capas atómicamente delgadas de disulfuro de molibdeno pueden adquirir las cualidades del plástico mediante la exposición a un gas con infusión de azufre a la temperatura y presión adecuadas.

Eso significa que se puede deformar sin romperlo, una propiedad que muchos científicos de materiales que estudian materiales bidimensionales deberían encontrar interesante. según el físico teórico de Rice, Boris Yakobson, y el investigador postdoctoral Xiaolong Zou; lideraron el estudio que apareció en la revista American Chemical Society Nano letras .

Disulfuro de molibdeno, objeto de estudio en muchos laboratorios por sus propiedades semiconductoras, interesó al laboratorio de Rice debido a las características de sus límites de grano. Los materiales bidimensionales como el grafeno son en realidad planos, hojas de un átomo de espesor. Pero el disulfuro de molibdeno 2-D es un sándwich, con capas de azufre por encima y por debajo de los átomos de molibdeno.

Cuando dos hojas se unen en diferentes ángulos durante el crecimiento en un horno, los átomos en los límites tienen que compensar improvisando arreglos "defectuosos", llamadas dislocaciones, donde se juntan.

Los investigadores determinaron que puede ser posible promover el movimiento de esas dislocaciones mediante el control ambiental del medio gaseoso. Esto cambiaría las propiedades del material para darle superplasticidad, lo que permite que se deforme más allá de su punto de ruptura habitual.

Los materiales plásticos se pueden reorganizar y mantendrán su nueva forma. Por ejemplo, un plomero puede doblar una tubería de metal; esa cualidad flexible es la plasticidad. Yakobson señaló que tales materiales pueden volverse frágiles nuevamente con más cambios en el medio ambiente.

"Generalmente, el acoplamiento de la química y la mecánica es bastante raro y científicamente difícil de entender, "dijo Yakobson, cuyo grupo en Rice analiza materiales calculando las energías que unen sus átomos. "La corrosión es el mejor ejemplo de cómo la química afecta el comportamiento mecánico, y la ciencia de la corrosión aún está en desarrollo ".

Para el disulfuro de molibdeno, encontraron dos mecanismos mediante los cuales los límites podían superar las barreras de energía de activación y conducir a la superplasticidad. En el primero, llamado reenlace directo, solo un átomo de molibdeno en una dislocación cambiaría en respuesta a fuerzas externas. En el segundo, rotación de bonos, varios átomos se desplazarían en direcciones opuestas.

Calcularon que la barrera para el reenlace directo, aunque menos dramático, es mucho menor que para la rotación de bonos. "A través del camino de reenlace, la movilidad de este defecto cambia en varios órdenes de magnitud, ", Dijo Yakobson." Sabemos por la mecánica de los materiales que las cualidades frágiles o dúctiles se definen por la movilidad de estas dislocaciones. Lo que mostramos es que podemos afectar la propiedad tangible, la capacidad de estiramiento, del material."

Yakobson sugirió que puede ser posible ajustar la plasticidad de dicalcogenuros en general y que también puede ser posible eliminar los defectos de una hoja de dicalcogenuro 2-D tratando las dislocaciones "para permitir que se difundan rápidamente y desaparezcan o para formar interesantes estados agregados ". Eso probablemente abriría el camino a la fabricación más fácil de dicalcogenuros que necesitan propiedades eléctricas o mecánicas particulares para las aplicaciones, él dijo.

"Pensamos en estos materiales bidimensionales como un lienzo abierto, teóricamente hablando, ", dijo." Puede leer y escribir cambios muy rápidamente en ellos. Los materiales a granel no tienen esta apertura, pero aquí, cada átomo está en proximidad inmediata al medio ambiente ".