弗里德里希亞歷山大大學(xué)（Friedrich Alexander Universit?t Erlangen-Nürnberg 以下簡(jiǎn)稱：FAU）的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新的納米級(jí)表面的機(jī)械清洗方法。這項(xiàng)技術(shù)成功地將最小的污染物去除到原子尺度，實(shí)現(xiàn)了前所未有的清潔程度。

這項(xiàng)由FAU材料科學(xué)系的Erdmann Spiecker博士領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)研究的結(jié)果現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)表在著名的《自然通訊》雜志上。

像掃帚一樣清潔？莫非是世界上最小的掃帚

這項(xiàng)技術(shù)的靈感來源于日常生活，就像用掃帚清潔一樣。當(dāng)然，在納米尺度上，大可不必使用整個(gè)掃帚，研究人員只是取了一個(gè)非常小的金屬尖端形式的單個(gè)鬃毛。這種“鬃毛”被壓在一個(gè)表面上，并以一種掃掠的方式來回移動(dòng)。

“它真的和普通掃帚驚人地相似。掃帚可以清除灰塵或面包屑等松散的顆粒，在納米尺度上其實(shí)也并沒有什么不同?！钡聡?lián)邦農(nóng)業(yè)大學(xué)材料科學(xué)系Erdmann Spiecker博士，微納米結(jié)構(gòu)研究主席贊譽(yù)道。

在納米尺度上，“掃帚”不是并不是用手控制的，而是用一個(gè)小型壓電馬達(dá)來控制操縱桿。此外，他們還利用了強(qiáng)大的電子顯微鏡對(duì)清洗過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

試試掃一下世界上最薄的材料？

研究并未到此結(jié)束，小組成員還成功地將他們的技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)存最薄的材料上——用來清潔單原子層的石墨烯。

“一個(gè)主要的挑戰(zhàn)是從兩側(cè)清潔石墨烯，就像清潔一塊玻璃一樣，”微納米結(jié)構(gòu)研究主席、研究助理彼得?施韋澤（Peter Schweizer）說，他與同事克里斯蒂安?多爾（Christian Dolle）一起在電子顯微鏡的幫助下進(jìn)行了這項(xiàng)精密的實(shí)驗(yàn)。

“石墨烯以其機(jī)械強(qiáng)度而聞名。然而，一個(gè)單原子層能夠承受清潔過程中的高機(jī)械力而不受損害，著實(shí)令人驚訝?！盨piecker博士補(bǔ)充說，“當(dāng)我們第一次告訴同事們這件事時(shí)，他們并不相信我們?！?/span>

萬物均會(huì)臟——即使放在納米尺度上

原子表面的清潔實(shí)驗(yàn)使研究成員有機(jī)會(huì)探索在納米尺度上再污染的起源和機(jī)制。

“把一個(gè)干凈的樣本留在空氣中會(huì)導(dǎo)致灰塵在其表面迅速積聚這并不奇怪，因?yàn)槲覀兌继煜せ覊m沉降在我們的家，這在納米尺度上沒有理由有所不同?！盨piecker博士說。

除了空氣中的污染，研究小組還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)清潔后的樣本被放入真空環(huán)境中時(shí)，表面擴(kuò)散也很普遍，這是科學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常遇到的現(xiàn)象。

清潔的原子表面有利于分子組裝哦

最后，研究小組使用清潔的原子表面作為基礎(chǔ)，從分子構(gòu)建模塊定向組裝原子薄層?；瘜W(xué)系合成的卟啉分子被應(yīng)用于清潔的表面，并通過高功率電子束焊接到位，結(jié)果得到了具有納米晶結(jié)構(gòu)的類石墨烯單層膜。

FAU培養(yǎng)的跨學(xué)科研究

論文結(jié)尾強(qiáng)調(diào)了FAU在材料研究領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)之一：跨部門、跨院系、跨學(xué)科的研究。

來自化學(xué)系的安德烈亞斯·赫希博士和他的團(tuán)隊(duì)為納米結(jié)構(gòu)組裝提供了重要的化學(xué)物質(zhì)，也為研究表面化學(xué)過程提供了寶貴的見解；DFG資助的CRC 953“合成碳同素異形體”和RTG 1896“電子、X射線和掃描探針原位顯微鏡”項(xiàng)目進(jìn)一步支持了這一合作。

最后，如果沒有FAU納米分析和電子顯微鏡中心（CENEM）的優(yōu)秀設(shè)備，這項(xiàng)研究是不可能的。

材料參考鏈接：https://www.fau.de

粉體圈 編譯 YUXI