فراتر از پیوندهای مکانیکی: دانشمندان چسبندگی گازمانند را در ماده دوبعدی جدید کشف کردند

فرارو- کشف جدیدی در علم مواد، درک متعارف ما از تماس مکانیکی جامد-جامد را به چالش می‌کشد. دانشمندان به تازگی ماده‌ای دوبعدی را کشف کرده‌اند که مکانیزم چسبندگی منحصربه‌فردی از نوع "شبه‌گازی" از خود نشان می‌دهد. این دستاورد مهم، که در تاریخ ۲۳ مه ۲۰۲۵ منتشر شد ، نحوه درک ما از تعاملات مواد در مقیاس نانو را بازتعریف می‌کند. برخلاف مواد سنتی که چسبندگی آن‌ها عمدتاً توسط نیروهای مکانیکی کنترل می‌شود، چسبندگی این ماده دوبعدی شامل تبدیل انرژی پویا بین گرما و کار مکانیکی است. این رفتار منحصربه‌فرد از ساختار اتمی بسیار نازک ماده و سختی خمشی بسیار کم آن ناشی می‌شود که به آن اجازه می‌دهد بسیار نزدیک‌تر از مواد حجیم به سطح بچسبد و فعالیت‌های حرارتی را به یک عامل مهم در خواص چسبندگی آن تبدیل کند.  

این درک بنیادی جدید از چسبندگی مواد دوبعدی برای طراحی و مهندسی آینده دستگاه‌های مبتنی بر مواد دوبعدی بسیار مهم است. این امر مسیرهای جدیدی را برای ایجاد موادی با خواص چسبندگی دقیقاً قابل کنترل باز می‌کند. اندازه‌گیری و تعدیل دقیق خواص چسبندگی سطحی برای مراحل مختلف، از جمله سنتز، انتقال و دستکاری مواد دوبعدی و همچنین ادغام آن‌ها در دستگاه‌های عملکردی و عملکرد آن‌ها، بسیار حیاتی است. تحقیقات کنونی چالش‌های ذاتی در اندازه‌گیری و تعدیل دقیق چسبندگی سطحی را به دلیل ماهیت فوق‌نازک و ابعاد جانبی محدود مواد دوبعدی برجسته می‌کند. برای رفع این مشکل، انواع روش‌های تجربی مانند آزمایش تیر دوطرفه (DCB)، آزمایش خمش چهار نقطه‌ای (4PB)، آزمایش خراش و نانواینتندیشن مبتنی بر میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) به کار گرفته می‌شوند که هر یک مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند. علاوه بر اندازه‌گیری، تلاش‌های قابل توجهی بر توسعه استراتژی‌های موثر تعدیل چسبندگی متمرکز شده است. این شامل اصلاح شیمیایی است که شامل معرفی گروه‌های عاملی به سطح بستر برای ایجاد پیوندهای شیمیایی قوی‌تر با مواد دوبعدی و در نتیجه افزایش چسبندگی می‌شود. علاوه بر این، تنظیم میدان‌های الکتریکی خارجی امکان کنترل دقیق نیروهای الکترواستاتیک در رابط‌ها را فراهم می‌کند و تعدیل پویا و برگشت‌پذیر چسبندگی را ممکن می‌سازد. بازپخت حرارتی (Thermal annealing) نیز یکی دیگر از تکنیک‌هایی است که برای تأثیرگذاری بر خواص چسبندگی مورد بررسی قرار می‌گیرد، که همگی با هدف بهبود پایداری و قابلیت اطمینان دستگاه‌های آینده انجام می‌شود. توانایی اندازه‌گیری دقیق و مهم‌تر از آن، تعدیل چسبندگی برای ساخت دستگاه‌ها بسیار مهم است. اگر مهندسان بتوانند دقیقاً نحوه چسبیدن یا جدا شدن مواد دوبعدی را کنترل کنند، این امر فراتر از چسبندگی ثابت ساده به رابط‌های پویا و پاسخگو می‌رود. این می‌تواند به قطعات الکترونیکی خودآرا، حسگرهای پیشرفته‌ای که خواص خود را بر اساس تعاملات سطحی تغییر می‌دهند، یا حتی انواع جدیدی از محرک‌ها منجر شود. تصور کنید الکترونیک انعطاف‌پذیری که می‌تواند خود را ترمیم کند یا شکل خود را بر اساس محرک‌های خارجی از طریق چسبندگی کنترل‌شده تطبیق دهد. این امر مواد دوبعدی را از یک کنجکاوی نظری به یک بلوک ساختمانی عملی و همه‌کاره برای دستگاه‌های نسل بعدی تبدیل می‌کند.  

مقایسه چسبندگی مکانیکی سنتی و چسبندگی شبه‌گازی مواد دوبعدی