Hetzelfde slip-and-stick-mechanisme dat tot aardbevingen leidt, is op moleculair niveau aan het werk in materialen op nanoschaal, waar het de afschuifplasticiteit van de materialen bepaalt, volgens wetenschappers van Rice University en de State University of Campinas, Brazilië.

Het Rice-lab van materiaalwetenschapper Pulickel Ajayan ontdekte dat willekeurige moleculen verspreid in lagen van anders ongerept grafeen invloed hebben op hoe de lagen onder spanning met elkaar omgaan.

Plasticiteit is het vermogen van een materiaal om permanent te vervormen wanneer het wordt belast. De Rice-onderzoekers, nadenken over toekomstige zaken als flexibele elektronica, besloten om te zien hoe grafeenoxide "papier" schuifspanning zou verwerken, waarin de vellen aan de uiteinden worden getrokken.

Dergelijke diepgaande kennis is belangrijk bij het maken van nieuwe geavanceerde materialen, zei Chandra Sekhar Tiwary, een hoofdauteur van het nieuwe artikel in het tijdschrift American Chemical Society Nano-letters en een postdoctoraal onderzoeksmedewerker van Rice.

"We willen driedimensionale structuren bouwen van tweedimensionale materialen, dus dit soort onderzoek is nuttig, " zei hij. "Deze structuren kunnen een thermisch substraat zijn voor elektronische apparaten, het kunnen filters zijn, het kunnen sensoren zijn of het kunnen biomedische apparaten zijn. Maar als we een materiaal gaan gebruiken, we moeten begrijpen hoe het zich gedraagt."

Het grafeenoxidepapier dat ze testten, was een stapel vellen die als pannenkoeken op elkaar lagen. Zuurstofmoleculen "functionaliseerden" de oppervlakken, het toevoegen van ruwheid aan de anders atoomdikke platen.

In experimenten en computermodellen, vond het team dat met zachte, langzame spanning, de oxiden zouden inderdaad vangen, waardoor het papier een gegolfde vorm aannam waar lagen uit elkaar werden getrokken. Maar een hogere reksnelheid maakt het materiaal bros. "De simulatie die door onze medewerkers in Brazilië is uitgevoerd, geeft inzicht en bevestigt dat als je er heel snel aan trekt, de lagen hebben geen interactie, en er komt maar één laag uit, ' zei Tiwary.

"Na deze studie we weten nu dat er enkele functionele groepen zijn die nuttig zijn en andere die dat niet zijn. Met dit begrip kunnen we de functionele groepen kiezen om betere structuren te maken op moleculair niveau."