很多属性以及因此使用某些东西的方法取决于此对象的形状。 一切都非常简单，而且也合乎逻辑：轮毂会比方轮毂滚动得更好，飞机的机翼具有一定的形状，可以改善空气动力学性能。 即使是普通的铅笔也具有六角形的形状，因此在书写时握在手中更方便，而不必像最初发射“黑暗之魂”的人那样在整个沙发和橱柜下寻找整个公寓。 更改形状可能会导致属性更改，并且如果您控制这些更改，则可以获得所需的某些属性。 这正是科学家在我们今天正在考虑的研究中所做的。 他们为石墨烯膜下的纳米晶体铜簇创建了“恒定弹性”模型。 科学家如何以及为什么用石墨烯“涂抹”铜，实际实验表明了什么结果，他们是否同意初步计算，这种纳米级的“三明治”对科学意味着什么？ 这些问题的答案在研究组的报告中等待着我们。 走吧
学习基础
正如科学家自己所说，没有什么比功能晶体的结构和形式更重要的了（科学家有自己的生命优先顺序，我们不会打扰）。 在这些小物体的合成过程中，可能会偏离平衡结构，这可能是非常令人讨厌的负号或很大的正号。 如果您了解平衡结构的本质，则可以学习更好地理解这些结构，并因此进行操作。
纳米晶体（NCs）在其中起着重要作用，将其分为几类：通过液相合成获得的无载体三维纳米晶体，以及通过沉积在基板表面上获得的载体三维三维晶体。
如果我们将最喜欢的词“量子”与所有这些联系起来，那么我们将发现以下内容：对于量子点，即 在
异质外延*内部晶格失配形成的三维NC的支持下，变形在形状控制中起着极其重要的作用。
异质外延*是一种外延类型（一种晶体材料在低温下会在另一种晶体上生长），这是因为生长层的化学成分与基材不同。
在这项研究中，科学家们考虑了一种新型的三维纳米晶体（簇），它们位于分层的材料下面。 因此，这些纳米晶体在一个或几个单层（上方）和一组半无限层（下方）下被压缩。
你问科学家为什么要这样做。 他们将回答：这项研究的目的是建立和分析恒定弹性（PE）模型，该模型结合了上层石墨烯层的变形能，Cu（铜），石墨烯和石墨的粘附力和表面能，从而使您可以控制表面/封装簇的平衡形状。
科学家设法创建了这样一个模型，然后他们在纸上而非现实中测试了其可行性。 分析显示了什么结果，以及理论和实践之间发现了什么差异，我们将进一步考虑。
学习准备
从一开始，就有必要准备石墨与铜纳米团簇相互作用。 为此，通过轰击Ar +在其表面上产生了缺陷。 之后，Cu原子与石墨表面发生碰撞，渗入了一些缺陷，并且已经在石墨表面以下。 在此操作期间，将石墨基板加热到600-800K。选择该温度范围的原因如下：在550-600 K的温度下，石墨表面上的Cu的岛（团簇）开始变粗，因此，Cu-Cu键的断裂应在600时容易实现K及更高。 结果，本研究中在800 K的温度下形成了铜岛。
图片编号1在STM
1a图像中，我们看不到红色行星表面上的金字塔，而是看到了STM轮廓显示为
1a'的铜的孤岛。
科学家将我们的注意力引向这个铜岛的形状：一个平顶的六角形。 顶部和底部的变平表明岛的中心部分受基底层（底部）和石墨烯层（顶部）的限制。 我们还看到斜坡在平顶周围形成一个环。 根据观察，这些岛上碳层的厚度可以是几个石墨烯单层，最多三个。
接下来，科学家分析了该岛的形状（
1b ）。 显然，高度（h）与环（a）的宽度几乎相同。 而且，斜率（h / a），即侧面的斜率，在不同尺寸下是恒定的。 但是，与环的宽度相比，直径与高度的比例关系很差，也就是说，纵横比d / h不是恒定的。 曲线图
1c示出了环的高度和宽度的比率，而曲线图
1d示出了岛的尖端的高度和宽度。 同时，总共分析了约140个铜岛。
现在我们很清楚石墨烯层下的铜纳米形成的真实情况。 经过这些观察，科学家们开始建立他们的恒定弹性（PE）模型。
PE型号
在建模过程中，科学家决定采用铜岛形状的近似值（近似值），因此，使用了六边形金字塔，但使用了圆柱形。 铜圆柱体生长在一个/几个石墨烯单层膜和石墨基底之间。
假定石墨基板是刚性的，并且覆盖层（铜岛上方）经历了弹性拉伸和弯曲变形，这使其可以适应正在生长的岛。
术语的少量澄清：在将来的工作中，科学家称这些岛为Cu团簇，变形的石墨烯膜和石墨基底的聚集体，并且团簇-仅是中心金属部分。
岛的形状的重要因素是侧面的倾斜度。 这些斜率比低折射率的（111）或（100）Cu平面小得多，后者自然地与支撑的Cu簇的上表面（111）邻接。 由此得出结论，由于具有高折射率和表面能Cu的表面，填充有铜的环形空间不是能量上可行的构造。
另一个重要特征是环的褶皱，其中一个褶皱可以在左下角的1a处看到。 这样的变形表明膜（覆盖层）不适合下层材料的拉伸的影响，这限制了其折叠。
可以将系统的能量（Π）建模为扭曲的石墨烯薄膜（U
e ）的弹性应变能与代表系统总能量的界面和表面（IS-界面/表面）分量的一组变量的总和。 界面和表面包括：纯铜，石墨烯-石墨（GnGt），铜-石墨烯和铜-石墨（两者的名称均为CuG）。 以下IS能量对应于上述能量：
- 与Cu，U Cu的表面能和附着力损失相关的能源成本Gn-Gt，U GnGt ；
- 与Cu-Gn和Cu-Gt，U GnGt的附着力相关的能量降低。
在一起，它们将以通用术语-U
IS引用。 以下是总能量的公式：
= = U Cu + U GnGt + U CuG + U e通过最小化固定体积（V）的Cu簇的Π获得平衡形式。
此外，计算U
IS ，即系统总能量的界面和表面分量。 每个这样的分量可以表示为表面能（γ）或粘附能（β）乘以相应面积的乘积之和。
表1：用于计算U IS （左）和输入数据（右）的公式。使用密度泛函理论获得γ和β值。 从实验数据获得了铜团簇的（111）取向。
然后，科学家们使用SLBT计算模型（带有平顶圆柱棒的水泡试验）推导了U
e值，其中圆柱棒向上移动通过固体表面的孔，压在弹性膜上并使之变形。
膜经受拉伸和弯曲变形。 在SLBT模型中，这两种变形近似为独立贡献。 计算表明，当考虑实验结构的尺寸时，弯曲变形很小；因此，仅在允许拉伸应变的情况下，才能对总膜弹性能（U
e ）进行建模。
环形空间可以不受限制地响应岛的生长，但是岛顶部的石墨烯部分与铜之间的粘附可以防止石墨烯的横向扩展。 如果拉伸自由进行，则该部分也可以在岛的顶部自由变形。
鉴于此陈述，得出了公式U
e （表1中的第5号）。 从中我们可以理解，U
e的值取决于泊松比（v），纵向弹性模量（Y）和石墨烯的厚度（t）。 v的值为0.165，Y-1.1 TPa，因为它对应于缺陷密度（7.3±0.4）x10 3μm
-2的实验值。
关于石墨烯的厚度，我们已经知道，岛顶上的石墨烯可以超过一个单层厚度。 这使我们可以使用公式t = L·t
GML来计算所研究结构的上层厚度，其中L为石墨烯层数，t
GML为0.34 nm（结晶石墨的层间距离）。
研究成果
等等。 在整理好观测数据和计算部分之后，该是开始汇总所有这些数据的分析结果的时候了。
给定公式U
IS和U
e以及表1的数据（右），变为仅三个独立参数（a，h和d）的函数。 可以通过准确设置群集体积值V =πhd2/4来解决此问题，这使我们可以消除h或d。 因此，仅获得两个参数，而不是三个：= =（（a，h）或= =（（a，d）。 为了进行演示，科学家使用了Π（a，h），并且从所使用的数据中获取了簇的体积-〈V
exp 〉 = 4x10
4 nm
3 （图像编号2）。
图片编号2科学家们指出了一个非常重要的观点：Π有一个最小值，它是一种平衡状态。 在这样的最小值下，恒定弹性模型将预测以下值：
aeq = 38.8 nm，h
eq = 9.4 nm，d
eq = 73.6 nm。 在实验中，就＆lt;
Vexp＆ gt;而言接近的岛具有以下参数：
＆ lt; a
exp＆ gt; = 31±11nm，＆lt; h
exp＆ gt; = 7.3±2.6nm，＆lt;
dexp＆ gt; = 88±
21nm 。 我们可以看到，理论和实践数据非常吻合。
图
2c和
2d显示了穿过Π（a，h）的两个正交截面，每个截面都通过全局最小值。
可以在实验观察到的簇体积的整个范围内重复上述过程（1.8×10
3 nm 3≤V≤6.9×
5 5 nm
3 ）。 因此，可以比较由模型预测并在实验中观察到的岛的大小。 为了更简单地比较模型和实验，使用了孤岛大小与h值的比值（图3）。
图片编号3上图显示了模型和实验的h / a，d / h和d / a。 图
3a -
3c是实验数据与SLBT模型的比较，其中膜膨胀不受限制地进行，而
3d -
3f已经是实验数据和模型具有有限的膨胀。
实验中的h / a值是恒定的，在整个岛尺寸范围内等于0.24±0.03。 从理论上讲，使用的簇的数量为1≤L≤5，并且在L = 4时发现了理论指标与实践指标之间的最佳一致性。
在d / h的值（与d / a平行）中，观察到不寻常的变化。 从图3b可以看出，d / h的实验值从40开始，但随后随着h的值增加而急剧下降。 当h达到≈10 nm时，d / h值等于7.3±2.8（3b处的水平虚线）。 理论模型显示L = 1 ... 5的d / h值在5.6至8.0的范围内。
使用固定的SLBT模型，性能与免费的SLBT模型非常相似。 唯一的显着区别是，对于任何L值，固定模型中的h / a比率都比自由模型中的小。 因此，在固定SLBT模型的情况下，理论与实践之间的最佳一致性体现在L = 3。
要对该研究进行更详细的研究，我强烈建议您查看
研究小组的
报告 。
结语
我们有什么共同点？ 科学家创建了一个与实验数据非常吻合的理论模型。 该模型表明，至少在弯曲应变不是很强的氧化皮的情况下，纳米晶铜簇的形状仍然存在。 研究人员还发现，环形空间中的分层是膜（覆盖层）仅在中心区域（环的内周）向上位移的反应，反映了石墨烯/石墨的特性，而不是铜本身。
另外，发现对于金属簇嵌入层状三维材料的表面附近或支撑的二维膜下但仅在平衡形状的条件下的系统，上述描述是真实的。 在这种情况下，有必要（并且有可能，如结果所示）利用膜的机械性能，附着力和表面能来预测包封体即金属团簇（在这项工作中为铜）的平衡形状。 这一原理也适用于相反的方向-通过测量簇的大小可以找出能量和机械性能。 科学家举了一个简短的例子：通过测量h和a并了解膜的机械性能，可以确定膜-基底的粘附能。
这项工作最好用于依赖分层材料（石墨或其衍生物，如石墨烯）的现代技术中。 而且，如果考虑到电子设备的物理尺寸减小的趋势尚未下降，则此类研究非常昂贵，因此我们将等待新的令人震惊的发现和惊人的实验。
谢谢大家的关注，保持好奇心，祝大家工作愉快！
感谢您与我们在一起。 你喜欢我们的文章吗？ 想看更多有趣的资料吗？ 通过下订单或将其推荐给您的朋友来支持我们，
为我们为您发明的入门级服务器的独特模拟，为Habr用户提供
30％的折扣： 关于VPS（KVM）E5-2650 v4（6核）的全部真相10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps从$ 20还是如何划分服务器？ （RAID1和RAID10提供选件，最多24个内核和最大40GB DDR4）。
VPS（KVM）E5-2650 v4（6核）10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps直到夏天免费，在六个月内付款，您可以
在此处订购。
戴尔R730xd便宜2倍？ 仅
在荷兰和美国，我们有
2台Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100电视（249美元起） ！ 阅读有关
如何构建基础架构大厦的信息。 使用价格为9000欧元的Dell R730xd E5-2650 v4服务器的上等课程？