โปรไฟล์วัสดุสามารถช่วยทำนายคุณสมบัติหลักของแผ่น บาคาร่า ใยสังเคราะห์ที่มีความหนาอะตอมได้ตารางธาตุเวอร์ชันใหม่แสดงคุณสมบัติที่คาดการณ์ไว้ของโลหะ 2 มิติ ซึ่งเป็นวัสดุสังเคราะห์ประเภทที่คลุมเครือ
จัดเรียงเป็นแผ่นหนา 1 อะตอม โลหะ 2 มิติเหล่านี้ส่วนใหญ่ยังไม่เคยเห็นในโลกแห่งความเป็นจริง ดังนั้น Janne Nevalaita และ Pekka Koskinen นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัย Jyväskylä ในฟินแลนด์ ได้จำลองวัสดุ 2 มิติจากองค์ประกอบโลหะ 45 ชิ้น ตั้งแต่ลิเธียมไปจนถึงบิสมัท สำหรับแต่ละแผ่น นักวิจัยได้วัดความยาวพันธะเคมีโดยเฉลี่ย ความแข็งแรงของพันธะ และการอัดตัวของวัสดุ ความยากในการบีบอะตอมให้ชิดกันมากขึ้น ทีมงานจึงสร้างแผนภูมิคุณลักษณะเหล่านั้นในตารางธาตุใหม่
งานใหม่นี้ ซึ่งอธิบายไว้ในPhysical Review B วันที่ 15 มกราคม สามารถช่วยนักวิจัยระบุว่าโลหะ 2 มิติใดมีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น ปฏิกิริยาเคมีกระตุ้นหรือการตรวจจับก๊าซ
โลหะเหล่านี้มีความคล้ายคลึงกับวัสดุ 2 มิติที่ศึกษาก่อนหน้านี้
เช่นsupermaterial graphene ( SN: 10/3/15, p. 7 ) และลูกพี่ลูกน้องของเพชร ( SN: 9/2/17, p. 12 ) แต่ในขณะที่วัสดุเหล่านั้นประกอบด้วยพันธะโควาเลนต์ ซึ่งอะตอมคู่หนึ่งใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน โลหะ 2 มิติเหล่านี้ประกอบด้วยพันธะโลหะ ซึ่งอิเล็กตรอนจะไหลได้อย่างอิสระระหว่างอะตอม Koskinen กล่าวว่า “เป็นโครงสร้างนาโนรูปแบบใหม่ทั้งหมด “Sky คือขีดจำกัด สำหรับการใช้งานที่เป็นไปได้”
เช่นเดียวกับวัสดุ superflat อื่นๆ โลหะ 2 มิติที่มีศักยภาพบางชนิดอาจแสดงคุณสมบัติควอนตัมที่แปลกใหม่ เช่น สนามแม่เหล็ก 2 มิติหรือความเป็นตัวนำยิ่งยวด ความสามารถในการส่งไฟฟ้าโดยไม่มีความต้านทาน คุณสมบัติดังกล่าวอาจทำให้วัสดุเหล่านั้นมีประโยชน์สำหรับการคำนวณควอนตัม Joshua Robinson นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุที่ Penn State ไม่เกี่ยวข้องกับงานกล่าว
Nevalaita และ Koskinen ได้สร้างตารางธาตุสามตารางที่แสดงคุณสมบัติของโลหะ 2 มิติที่มีอะตอมในรูปแบบสามเหลี่ยม สี่เหลี่ยมจัตุรัส หรือรังผึ้ง นักวิจัยได้ค้นพบว่าคุณสมบัติของโลหะ 2 มิตินั้นสัมพันธ์กับคุณสมบัติของโลหะสามมิติ ตัวอย่างเช่น อะตอมของโลหะใดๆ ก็ตามที่จัดเรียงอยู่ในโครงตาข่ายสามเหลี่ยมโดยทั่วไปจะมีความแข็งแรงพันธะของอะตอมประมาณ 70 เปอร์เซ็นต์ในเวอร์ชัน 3 มิติของโลหะนั้น โครงตาข่ายสี่เหลี่ยมและรังผึ้งโดยทั่วไปแสดงความแข็งแรงพันธะของโลหะสามมิติประมาณ 66 เปอร์เซ็นต์และ 54 เปอร์เซ็นต์ตามลำดับ
ตารางธาตุเปิดเผยความสัมพันธ์ที่คล้ายคลึงกันระหว่างโลหะ 2 มิติและ 3 มิติในด้านความยาวพันธะและการอัดตัว การค้นพบนี้ช่วยให้นักวิจัยได้ข้อมูลอย่างรวดเร็วของโลหะ 2 มิติที่ไม่เคยมีการสร้างในห้องปฏิบัติการหรือในการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ โดยอาศัยลักษณะที่รู้จักกันดีของอะนาล็อก 3 มิติ
Nevalaita และ Koskinen ยังเปรียบเทียบความเสถียรของโลหะ 2 มิติซึ่งมีอะตอมที่จัดเรียงอยู่ในรูปแบบที่แตกต่างกันสามแบบ นักวิจัยพบว่าโลหะ 2 มิติจำนวนมากมีความเสถียรในรูปแบบสามเหลี่ยมและรังผึ้ง แต่ไม่ใช่ในรูปสี่เหลี่ยม การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ในอนาคตสามารถตรวจสอบคุณสมบัติทางไฟฟ้าและแม่เหล็กของวัสดุเหล่านี้ได้ Koskinen กล่าว การทราบโปรไฟล์ความเสถียรและคุณสมบัติของโลหะ 2 มิติสามารถแจ้งว่านักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุใดบ้างที่ประดิษฐ์ขึ้นในห้องปฏิบัติการ
Mauricio Terrones นักฟิสิกส์เคมีจาก Penn State ที่ไม่เกี่ยวข้องกับงานนี้กล่าวว่า “นี่คือส่วนยอดของภูเขาน้ำแข็งในพื้นที่ของโลหะ 2 มิติ
กระดูกอ่อนเทียมนี้ได้รับความแข็งแรงจากสิ่งที่อยู่ในเสื้อเกราะกันกระสุน
ปริมาณน้ำที่สูงทำให้วัสดุใหม่สามารถลำเลียงสารอาหารได้เหมือนของจริงกระดูกอ่อนเทียมชนิดใหม่ที่ผลิตขึ้นจากเส้นใยชนิดเดียวกับที่เสริมเกราะเสื้อกันกระสุน ได้รับการพิสูจน์ว่าแข็งแรงกว่าชนิดอื่นๆ
วัสดุประดิษฐ์เลียนแบบความแข็ง ความเหนียว และปริมาณน้ำของกระดูกอ่อนตามธรรมชาตินักวิจัยรายงานในวัสดุขั้นสูง 4 มกราคม เนื้อเยื่อสังเคราะห์นี้สามารถทดแทนกระดูกอ่อนในร่างกายของบุคคลที่สึกหรอตามธรรมชาติและรักษาได้ไม่ดี ( SN: 8/11/12, p. 22 ) บรรเทาอาการปวดข้อและอาจช่วยให้หลายคนไม่ต้องผ่าตัดเปลี่ยนข้อ
นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามสร้างกระดูกอ่อนเทียมมานานหลายทศวรรษแล้ว Kara Spiller วิศวกรชีวการแพทย์ที่ Drexel University ในฟิลาเดลเฟียกล่าวซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับงานนี้ แต่วัสดุก่อนหน้านี้อาจอ่อนแอกว่าของจริงหรือไม่ได้บรรจุน้ำเพียงพอที่จะขนส่งสารอาหารไปยังเซลล์โดยรอบ
วัสดุใหม่นี้เป็นส่วนผสมของพอลิเมอร์ที่เรียกว่าไฮโดรเจลซึ่งส่วนใหญ่เป็นน้ำและมีเส้นใยอะรามิดนาโนเวอร์ชันที่ใช้ทำเสื้อกันกระสุน Nicholas Kotov นักเคมีจากมหาวิทยาลัยมิชิแกนใน Ann Arbor และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ทดสอบว่าวัสดุของพวกเขาคงรูปร่างได้ดีเพียงใดเมื่อถูกบีบหรือยืดออก และแตกหักง่ายเพียงใด ไฮโดรเจลทั้งสองรุ่น — หนึ่ง น้ำประมาณ 70 เปอร์เซ็นต์; อีกส่วนคือน้ำประมาณ 92 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งตรงกับหรือเกินความแข็งและความเหนียวของกระดูกอ่อนจริง
วัสดุใหม่นี้มี “ความเป็นไปได้ที่แตกต่างกันมากมาย” สปิลเลอร์กล่าว “ตลาดที่ใหญ่ที่สุดคือผู้ป่วยโรคข้อเข่าเสื่อม เพราะผู้ป่วยโรคข้อเข่าเสื่อมส่วนใหญ่ไม่มีความเสียหายต่อกระดูก มีแต่ความเสียหายต่อกระดูกอ่อน” ผู้ใหญ่จำนวน 30 ล้านคนในสหรัฐอเมริกาที่เป็นโรคข้อเข่าเสื่อมได้รับการเปลี่ยนข้อเข่าหรือข้อสะโพกทั้งหมด หากแพทย์สามารถเปลี่ยนกระดูกอ่อนที่สึกหรอได้ด้วยวัสดุนี้ จะช่วยลดความเสี่ยงของภาวะแทรกซ้อนจากการผ่าตัดได้ “นั่นจะเป็นเรื่องใหญ่มาก” สปิลเลอร์กล่าว บาคาร่า / ลายสัก
