Gli scienziati di Skoltech hanno modellato il comportamento delle nanobolle che appaiono nelle eterostrutture di van der Waals e il comportamento delle sostanze intrappolate all'interno delle bolle. Nel futuro, il nuovo modello aiuterà a ottenere equazioni di stato per sostanze in nanovolumi, aprendo nuove opportunità per l'estrazione di idrocarburi da rocce con grandi quantità di micro e nanopori. I risultati dello studio sono stati pubblicati nel Giornale di Fisica Chimica .
Le nanostrutture van der Waals sono molto promettenti per lo studio dei campioni più piccoli con volumi da 1 micron cubico fino a diversi nanometri cubici. Questi strati atomicamente sottili di materiali bidimensionali, come il grafene, nitruro di boro esagonale (hBN) e dicalcogenuri di metalli di transizione, sono tenuti insieme solo dalla debole interazione di van der Waals. L'inserimento di un campione tra gli strati separa gli strati superiore e inferiore, facendo sollevare lo strato superiore per formare una nanobolla. La struttura risultante sarà quindi disponibile per la microscopia elettronica a trasmissione e a forza atomica, fornendo una panoramica della struttura della sostanza all'interno della bolla.
Le proprietà esibite dalle sostanze all'interno delle nanobolle di van der Waals sono piuttosto insolite. Per esempio, l'acqua intrappolata all'interno di una nanobolla mostra una diminuzione di dieci volte della sua costante dielettrica e incide la superficie del diamante, qualcosa che non farebbe mai in condizioni normali. L'argon che tipicamente esiste in forma liquida quando in grandi quantità può diventare solido alla stessa pressione se intrappolato all'interno di nanobolle molto piccole con un raggio inferiore a 50 nanometri.
Scienziati guidati dal professor Iskander Akhatov dello Skoltech Center for Design, Manufacturing and Materials (CDMM) ha costruito un modello numerico universale di una nanobolla che aiuta a prevedere la forma della bolla in determinate condizioni termodinamiche e descrive la struttura molecolare della sostanza intrappolata all'interno.
"In senso pratico, le bolle nelle strutture di van der Waals sono spesso considerate difetti di cui gli sperimentatori sono ansiosi di sbarazzarsi. Però, dal punto di vista degli straintronics, le bolle creano tensione, e il suo effetto sulla struttura elettronica può essere utilizzato per creare dispositivi pratici, come i transistor, elementi logici e ROM, " Petr Zhilyaev, un ricercatore senior presso Skoltech, disse.
"Nel nostro recente studio, abbiamo creato un modello che descrive una forma specifica che le nanobolle piatte assumono solo nell'intervallo di dimensioni subnanometriche. Abbiamo scoperto che la dimensione verticale di queste nanostrutture può assumere solo valori discreti divisibili per la dimensione delle molecole intrappolate. Inoltre, il modello consente di modificare la dimensione delle nanobolle controllando la temperatura del sistema e i parametri fisico-chimici dei materiali, ", ha affermato il ricercatore senior Timur Aslyamov.
