Onderzoekers van de Universiteit van Bristol hebben voor het eerst de spannings- en rekschuifmodulus en interne wrijving van grafeenplaten gemeten en geïdentificeerd. Grafeen is een materiaal dat veel potentieel baanbrekende toepassingen heeft in de elektronica- en composietindustrie.

Het onderzoek, in samenwerking met het Amerikaanse Office of Naval Research, is gepubliceerd in Nano-letters .

Grafeen bestaat uit een enkele laag koolstofatomen die in een hexagonaal rooster zijn gerangschikt. Het is een veelbelovend materiaal voor de productie van displays of zonnecellen van de volgende generatie omdat het flexibel is, transparant en geleidend.

Om grafeen te gebruiken als nano-elektromechanische resonatoren of nanosensoren, het is essentieel om het structurele gedrag en de beperkingen ervan als mechanisch materiaal te kennen.

Fabrizio Scarpa, Hoogleraar Smart Materials and Structures aan het Advanced Composites Centre for Innovation and Science (ACCIS) van de Universiteit van Bristol, zei:"Om het ontwerp van grafeen-nanosensoren te verbeteren, is het belangrijk om het mechanische gedrag en de natuurlijke intrinsieke demping en interne wrijving van grafeen te begrijpen. Onze bevindingen geven aan dat grafeen geproduceerd met behulp van chemische dampafzetting een essentieel alternatief kan zijn voor nanomechanische sensortoepassingen."

De onderzoekers, met behulp van een techniek genaamd chemische dampafzetting (CVD), groeide grafeenfilms op koperfolie in een kwartsbuisoven bij 1030 oC met een mengsel van methaan en waterstof.

Het onderzoek heeft enkele van de elastische eigenschappen van CVD-gegroeide, enkellaags grafeenfilms op koper. De resultaten onthulden een opvallend verschil tussen enkel- en meerlagige grafeenfilms in zowel afschuifmodulus als interne wrijving. Dit verschil kan te wijten zijn aan de overgang van de afschuifherstellende kracht van chemische binding binnen een laag naar interacties tussen de lagen.

De gemiddelde afschuifmodulus van de bestudeerde films was goed te vergelijken met de meeste theoretische berekeningen op basis van enkellaagse ongerepte grafeenstructuren. De hoge afschuifmodulus en lage interne wrijving wijzen op een structuur met een lage defectdichtheid die die van het ongerepte grafeen benadert.

De bevindingen suggereren dat het gebruik van CVD-materiaal in nanomechanische sensortoepassingen een essentieel alternatief zou kunnen zijn.