(Phys.org) —Koolstofnanomaterialen zijn er in veel verschillende vormen, zoals diamant, aerogels, grafeen, en roet. Soms worden koolstofnanomaterialen zelfs gebruikt als bouwstenen voor het maken van complexere nanomaterialen. Een recent voorbeeld hiervan zijn nanobuisbossen die worden gekweekt om de grondstof te leveren voor het maken van nanobuisgarens die worden geweven tot op maat gemaakte kunstmatige spieren. Kortom, koolstofnanomaterialen vormen een veelzijdige groep die eindeloze mogelijkheden voor innovatie lijkt te bieden.

In een nieuwe krant natuurkundige Pekka Koskinen van de Universiteit van Jyväskylä in Finland heeft een nieuwe composiet koolstofnanostructuur voorgesteld en gemodelleerd die bestaat uit een gegolfd grafeenvel dat is ingeklemd tussen twee platte grafeenvellen, resulterend in "grafeenkarton." Het werk is gepubliceerd in een recent nummer van Technische Natuurkunde Brieven .

"Als experimenteel gerealiseerd, de structuur zou kunnen worden gebruikt als een platform voor algemene doeleinden op nanoschaal, het nabootsen van het gebruik van normaal karton op macroschaal, " vertelde Koskinen Phys.org . "Kartonnen kunnen ook in dezelfde toepassingen worden gebruikt als andere poreuze koolstofmaterialen, zoals in batterijen of in filtering. Echter, geschikter zouden toepassingen zijn die gebruik maken van de afstembare mechanische eigenschappen. Met schaalbare fabricagetechnieken, de afstembaarheid zou misschien zelfs kunnen worden overgebracht naar objecten op macroschaal gemaakt van grafeenkarton."

Het idee van grafeenkarton bouwt voort op recente experimenten die periodieke rimpelingen in grafeen aantoonden, vergelijkbaar met het golven van satijnen lakens. Echter, het experimenteel realiseren van grafeenkarton is waarschijnlijk moeilijker omdat het gegolfde vel moet worden ingeklemd door buitenste vellen. Het karton zou bij elkaar worden gehouden door covalente bindingen, die kunnen worden geïntroduceerd door elektronenbestraling of chemische functionalisering.

Hoewel het maken van grafeenkarton extreem moeilijk kan zijn, in het huidige artikel geeft Koskinen's modellering van het nanocomposietmateriaal inzicht in de structurele en mechanische eigenschappen ervan. Hij ontdekte dat het verhogen van de schuifspanning op het kartonnen materiaal vier fasen onthult:beginnend met plat tot sinusvormige rimpelingen, tot paddenstoelachtige rimpelingen, tot ingestorte rimpelingen.

Misschien interessanter voor praktische doeleinden, Koskinen's modellering laat zien dat de mechanische eigenschappen van grafeenkarton zeer afstembaar zijn door de structurele vervormingen te wijzigen, zoals compressie, scheren, en spanning. Bijvoorbeeld, de elasticiteit van het materiaal kan worden aangepast door ordes van grootte door de spanning te regelen.

Voor een ander voorbeeld, het beheersen van de stam kan theoretisch ook de Poisson-verhouding afstemmen over een zeer breed bereik (-0,5 tot 10). De Poisson-verhouding meet hoeveel een gecomprimeerd materiaal loodrecht op de compressierichting uitzet, en is een nuttige maatstaf voor het ontwikkelen van nieuwe materialen. De modellering hier laat zien dat de Poisson-verhouding van grafeenkarton afneemt naarmate de spanning toeneemt.

"Voor mij was het meest fascinerende resultaat dat zelfs zo'n eenvoudige en natuurlijke structuur mogelijk negatieve Poisson-verhoudingen zou kunnen vertonen, ' zei Koskinen.

Koskinen hoopt dat deze voorspellingen zullen dienen als motivatie voor het experimenteel realiseren van grafeenkarton. Omdat de resultaten algemeen zijn, ze kunnen ook dienen als startpunt voor het onderzoeken van andere gelaagde materialen met ingeklemde golfstructuren.

"Er zijn veel andere atomair dunne en dunne tweedimensionale materialen, en dus volop ruimte om te zoeken naar nieuwe nanomaterialen met aanpasbare eigenschappen, ' zei Koskinen.

© 2014 Fysio.org. Alle rechten voorbehouden.