摘要：波纹是二维材料的一个重要特性，会影响强度、导电性、化学活性和流体相互作用。了解波纹和缺陷之间的关系对于柔性电子、储能、催化和纳米流体等关键技术至关重要。有关该主题的新研究发表在PNAS上。

二维材料（例如原子厚度的石墨烯薄片）中的缺陷可以显著改变表面波纹的方式，甚至使薄片像定格一样停止在原地。

波纹是二维材料的一个重要特性，会影响强度、导电性、化学活性和流体相互作用。了解波纹和缺陷之间的关系对于柔性电子、储能、催化和纳米流体等关键技术至关重要。有关该主题的新研究发表在PNAS上。

论文第一作者 Fabian Thiemann 博士在伦敦大学学院、剑桥大学和伦敦帝国理工学院攻读博士学位期间开始了这项研究，现在是 IBM 的研究科学家。

他说：“虽然实验可以捕捉到波纹膜的整体形状，但它们很难解决这些结构在原子尺度上随时间如何演变的问题。我们的模拟弥补了这一空白，使我们能够详细追踪波纹动态，并揭示微观缺陷在塑造材料形态方面的作用。”

冰冻的涟漪

二维材料是技术研究的前沿，例如超薄柔性屏幕、更快的电子产品和水过滤。然而，看似平坦的表面在原子层面上永远不会真正平坦。就像池塘一样，这些二维表面有微小的波纹，会影响其特性。

研究人员使用了基于机器学习的计算机模型来表示石墨烯和其他材料的二维薄片。通过这些模型，他们可以观察有缺陷和无缺陷的不同材料的波纹行为。他们发现薄片中的缺陷会影响波纹的移动方式，最重要的是，当浓度超过一定水平时，缺陷会使膜冻结，从而失去柔韧性。

剑桥大学尤素夫·哈米德化学系 ICE 小组的 Angelos Michaelides 教授评论说：“如此小比例的缺陷对石墨烯动力学产生的整体影响是惊人的。利用这些新的基本见解的前景令人兴奋且数不胜数，特别是在纳米流体学领域。”

避免缺陷的设计

Camille Scalliet 博士在剑桥大学担任 Herchel Smith 博士后研究员期间参与了该项目，现在是巴黎高等师范学院物理实验室的常任研究员。

她评论说：“通过了解缺陷如何影响这些波纹，我们的工作可以帮助工程师利用缺陷（传统上被认为是不受欢迎的）作为设计工具来控制这些材料的物理行为。”

伦敦帝国理工学院化学工程系热力学教授 Erich A. Müller 补充道：“这项研究是机器学习潜力（人工智能的一个分支学科）如何通过更准确、更高效、数据驱动的材料特性预测来改变材料科学领域的典范。这加速了材料的发现和设计，从而开发出具有各种应用所需功能的新型材料。”

展望未来，研究人员渴望在这些发现的基础上取得进一步进展。在谈到他们研究的未来时，Fabian Thiemann 和 Camille Scalliet 表示：“有很多很好的方法可以继续这项工作。我们的下一步是研究纳米级更复杂的情况，例如与水或其他材料接触的膜。这只是这次合作的开始。”

来源：颜颜说科学