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- 發布時間2020-05-15 11:58
- 發布人金彩集團
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東京(jing)科學大(da)學的最新研(yan)究揭示了石墨烯(xi)表面的水(shui)分子會有哪(na)些行為。由山本孝宏教授(shou)領(ling)導的這項研(yan)究將(jiang)統計數(shu)據分析工(gong)具與分子動力學模擬相結合，以探索與碳基材料接觸時水(shui)的結構變化，這表明水(shui)和石墨烯(xi)之間的相互作用，進一步研(yan)究3D打印材料的可能性。
山本孝宏教授對(dui)3D打印行業說：“在3D打印機中，了解和控制材料表面的潤濕對于堆疊層的過程至關重要。潤濕是由吸附在表面的水的微觀結構決定的。但是，尚未確定該方法。本研究提出了一種基于數據科學方法的潛在方法。預計該開發的方法不僅將應用于石墨表面，而且還將應用于各種材料表面。”
這(zhe)一研究的(de)(de)(de)(de)結果發表(biao)在《日本應用物理學雜(za)志》上(shang)，預計將(jiang)對海洋和飛機(ji)工程(cheng)產生(sheng)重(zhong)大(da)影響，并對植入手術(shu)有益。水動力學的(de)(de)(de)(de)重(zhong)要性時水是一種(zhong)非(fei)常普遍的(de)(de)(de)(de)物質，幾(ji)(ji)乎可以(yi)在地球上(shang)的(de)(de)(de)(de)每個環境(jing)中自然發現(xian)。前幾(ji)(ji)層水的(de)(de)(de)(de)特性（稱為地表(biao)水）在材(cai)(cai)料科學中尤(you)為重(zhong)要，因為它們決定了水相對于接觸材(cai)(cai)料表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)流動方(fang)式(shi)(shi)。了解這(zhe)種(zhong)水的(de)(de)(de)(de)行(xing)為方(fang)式(shi)(shi)以(yi)及為什(shen)么會如此行(xing)為將(jiang)使(shi)材(cai)(cai)料科學家能夠開發出疏水性或親(qin)水性材(cai)(cai)料，甚至(zhi)可能改變現(xian)有材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)(de)特性。
減少船舶表面的(de)(de)(de)水(shui)摩(mo)擦會(hui)提高(gao)燃油效率，或者在低于零的(de)(de)(de)環境(jing)中飛(fei)行時，開(kai)發用(yong)于飛(fei)機的(de)(de)(de)耐(nai)冰材料可能會(hui)引入新的(de)(de)(de)安全措施。水(shui)分子和(he)石墨(mo)烯(xi)本(ben)研究的(de)(de)(de)重點(dian)是水(shui)和(he)石墨(mo)烯(xi)之間的(de)(de)(de)相(xiang)互作(zuo)用(yong)，石墨(mo)烯(xi)是一種(zhong)原子平坦的(de)(de)(de)材料。當研究水(shui)的(de)(de)(de)相(xiang)互作(zuo)用(yong)特性(xing)的(de)(de)(de)基礎時，這使石墨(mo)烯(xi)成為理想的(de)(de)(de)接觸材料。山本(ben)孝宏教授解釋說：“石墨烯等碳納米材料上的表面水備受關注，因為這些材料的性質使其非常適合研究地表水的微觀結構。”
先前的(de)(de)研究已(yi)經確(que)定，與石墨烯接觸的(de)(de)水會在表面水和(he)自(zi)由水中形成穩定的(de)(de)2D形狀，這些水會遠離接觸材料的表面。但是，以前尚未確定地表水和游離水之間的差異。這兩組之間的過渡區特別難以描述，這是日本研究旨在實現的目標。由于研究的復雜性，必須將多種表征方法相互結合使用。持久同源性（PH）是一種來自數據科學的方法，與分子動力學模擬相結合。PH可以用于材料科學中，以在混沌流體中找到穩定的3D結構。
山本教授說：“我們的研究代表首次將PH用于水分子的結構分析。”當將單層水分子置于石墨烯表面時，水分子排列成通過氫鍵連接的二維結構，平行于石墨烯表面。第二層使該結構成為3D單向的，形成四面體網絡，“向下”指向石墨烯的表面。第三層保持四面體3D結構，但使其全向，其中四面體指向所有方向。第三層之后的任何后續層的定位方式都與第三層相同，這表明這是地表水結束而自由水開始的地方。
山本教(jiao)授指出：“這些結果證實了地表水和自由水之間的交換僅發生在三層水內。”這項研究的標題為“使用數據科學在石墨烯上發現地表水中的新微觀結構”，并于2020年1月14日發表在《日本應用物理學雜志》上。該研究由加藤浩一郎，前川幸樹，渡邊直樹，岡賢二和山本孝宏。3D打印意味著什么？盡管石墨烯是一個相對簡單的表面，而其他更逼真的表面必然具有更復雜的水相互作用，但這項研究驗證了用于表征的新方法的有效性。
由于該技術還處于起步階(jie)段(duan)，尚未對此(ci)深度(du)進行(xing)3D打印表面特性研究，山本教授希望這種方法能夠在未來幾年內幫助表征與水接觸的3D打印表面。也許該方法可以應用于加利福尼亞開發的3D打印石墨烯結構，以確定使用完全不同的技術生產的石墨烯的差異。在瑞典的其他地方，已經開發了3D可打印的石墨烯長絲，這暗示了碳基超材料在增材制造中的光明前景。
來(lai)源：ZAKER新聞網
