Onderzoekers van de North Carolina State University en de University of Texas hebben meer onthuld over de mechanische eigenschappen van grafeen en een techniek gedemonstreerd om de rekbaarheid van grafeen te verbeteren - ontwikkelingen die ingenieurs en ontwerpers zouden moeten helpen bij het bedenken van nieuwe technologieën die gebruik maken van het materiaal.

Grafeen is een veelbelovend materiaal dat wordt gebruikt in technologieën zoals transparant, flexibele elektroden en nanocomposieten. En hoewel ingenieurs denken dat grafeen veelbelovend is voor extra toepassingen, ze moeten eerst een beter begrip hebben van de mechanische eigenschappen, inclusief hoe het werkt met andere materialen.

"Dit onderzoek vertelt ons hoe sterk het grensvlak is tussen grafeen en een rekbaar substraat, " zegt dr. Yong Zhu, een universitair hoofddocent werktuigbouwkunde en ruimtevaarttechniek bij NC State en co-auteur van een paper over het werk. “De industrie kan dat gebruiken om nieuwe flexibele of rekbare elektronica en nanocomposieten te ontwerpen. het vertelt ons hoeveel we het materiaal kunnen vervormen voordat de interface tussen grafeen en andere materialen faalt. Ons onderzoek heeft ook een bruikbare benadering aangetoond voor het maken van op grafeen gebaseerde, rekbare apparaten door het grafeen te 'knikken'."

De onderzoekers keken hoe een grafeenmonolaag - een laag grafeen van slechts één atoom dik - grenst aan een elastisch substraat. specifiek, ze wilden weten hoe sterk de binding tussen de twee materialen is, want dat vertelt ingenieurs hoeveel spanning er van het substraat naar het grafeen kan worden overgebracht, die bepaalt hoe ver het grafeen kan worden uitgerekt.

De onderzoekers brachten een monolaag grafeen aan op een polymeersubstraat, en vervolgens de ondergrond uitgerekt. Ze gebruikten een spectroscopietechniek om de spanning op verschillende punten in het grafeen te volgen. Spanning is een maat voor hoe ver een materiaal is uitgerekt.

aanvankelijk, het grafeen uitgerekt met substraat. Echter, terwijl het substraat bleef uitrekken, het grafeen begon uiteindelijk langzamer uit te rekken en in plaats daarvan over het oppervlak te glijden. Typisch, de randen van de monolaag begonnen eerst te schuiven, waarbij het midden van de monolaag zich verder uitstrekt dan de randen.

"Dit vertelt ons veel over de interface-eigenschappen van het grafeen en het substraat, " zegt Zhu. "Voor het substraat dat in deze studie is gebruikt, polyethyleentereftalaat, de randen van de grafeenmonolaag begonnen te glijden nadat ze 0,3 procent van de oorspronkelijke lengte waren uitgerekt. Maar het centrum bleef zich uitrekken totdat de monolaag met 1,2 tot 1,6 procent was uitgerekt."

De onderzoekers ontdekten ook dat de grafeenmonolaag bezweek toen het elastische substraat werd teruggebracht tot zijn oorspronkelijke lengte. Hierdoor ontstonden ribbels in het grafeen die het rekbaarder maakten omdat het materiaal naar buiten en naar achteren kon rekken, als de blaasbalg van een accordeon. De techniek voor het maken van het geknikte materiaal is vergelijkbaar met een techniek die is ontwikkeld door het laboratorium van Zhu voor het maken van elastische geleiders uit koolstofnanobuisjes.