打破表面：损伤如何重塑石墨烯中的波纹

二维材料（如原子厚的石墨烯片）中的缺陷会极大地改变表面波纹的方式，甚至像冻结帧一样使石墨烯片停止就位

波纹是二维材料的关键特性，影响强度、电导率、化学活性和流体相互作用。了解波纹与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。关于这一主题的新研究发表在《美国国家科学院院刊》上

该论文的第一作者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：“虽然实验可以捕捉波纹膜的整体形状，但他们很难解决这些结构如何在原子尺度上随时间演变。我们的模拟弥合了这一差距，使我们能够详细跟踪波纹动力学，并揭示微观缺陷在塑造材料形态中的作用。”

冷冻波纹

二维材料处于技术研究的前沿，例如超薄柔性屏幕、更快的电子产品和水过滤。这是因为。然而，看似平坦的表面在原子水平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涟漪，会影响它们的属性

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，他们可以观察到有缺陷和无缺陷的不同材料的波纹行为。他们发现，片材中的缺陷会影响波纹的移动方式，最重要的是，当浓度超过一定值时，缺陷会冻结膜，使其失去灵活性

剑桥大学Yusuf Hamied化学系ICE小组的Angelos Michaelides教授评论道：“如此小比例的缺陷对石墨烯动力学的整体影响是显著的。利用这些新的基本见解的前景令人兴奋且众多，特别是在纳米流体学中。”

没有缺陷的原始薄片会产生波纹。Image caption：Camille Scalliet博士围绕缺陷进行设计

Camille Scallie博士在剑桥大学担任Herchel Smith博士后研究员时参与了这个项目，现在是巴黎高等师范学院物理实验室的永久研究员。

她说：“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通过使用缺陷（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：“这项工作是机器学习潜力（人工智能的一个子学科）如何通过实现更准确、高效和数据驱动的材料特性预测来改变材料科学领域的首要例子。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再接再厉。Fabian Thiemann和Camille Scalliet在回顾他们的研究未来时表示：“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。p