Wat betreft de aandacht die grafeen het afgelopen decennium heeft gekregen, geen enkel materiaal is vergelijkbaar. Naarmate de interesse en het enthousiasme in grafeenonderzoek voortduren, het roept op tot kritisch onderzoek naar de betrouwbaarheid en duurzaamheid van toepassingen met grafeen; de mechanica van grafeen wordt daarom essentieel om gerelateerde problemen aan te pakken.

In praktijk, defecten als gevolg van thermodynamica of geïntroduceerd door fabricage, natuurlijk of kunstmatig, spelen de centrale rol in het mechanische gedrag van grafeen. Belangrijker, hoge sterkte is slechts één aspect van de magnifieke mechanische eigenschappen van grafeen:de één-atoomdunne aard ervan leidt tot ultralage buigstijfheid en geeft aanleiding tot een rijke morfologie en is cruciaal voor morfologiecontrole.

In een nieuw overzichtsartikel gepubliceerd in het in Peking gevestigde Nationale wetenschappelijke recensie , wetenschappers van het Institute of Mechanics, Chinese Wetenschapsacademie, Peking, China, en de Universiteit van Colorado, Kei, ONS., presenteren de nieuwste theoretische ontwikkelingen in de nanomechanica van grafeen. Co-auteurs Yujie Wei en Ronggui Yang hebben de huidige vorderingen op de mechanica van defecten in grafeen samengevat, en de theorie om de vervorming buiten het vlak vast te leggen. Ze beoordeelden de structureel-mechanische eigenschapsrelatie in grafeen, qua elasticiteit, kracht, buigen, en rimpels, met of zonder de invloed van onvolkomenheden. De wetenschappers schetsten ook enkele uitdagingen en de mogelijke onderzoeksrichtingen op nanomechanica van grafeen.

"De intrinsieke sterkte van monolaag grafeen is ongeveer 100 GPa, ten minste twee orden van grootte groter dan de meeste technische materialen. Het sterke materiaal is ook zacht van aard - grafeen kan gemakkelijk worden gebogen om een ​​rijke driedimensionale morfologie te vormen onder mechanische of zelfs thermische golving. Dergelijke opvallende kenmerken maken grafeen van potentiële toepassingen, variërend van nanoschaalsystemen tot macroscopische composietmaterialen.

"Door de thermodynamica, grafeen met een groot oppervlak is ook defect. De thermisch geactiveerde defecten hebben over het algemeen een laag energieniveau, zoals puntleegstand en 5-7-7-5 ringen, en 5-8-5 ringen. Grote omvatten korrelgrenzen en vrije randen. De mechanica van die typische defecten in grafeen en hun invloed op de sterkte zijn de centrale taken om de structuur-mechanische eigenschapsrelatie van grafeen aan te pakken."

Wanneer de spanningsenergie die het gevolg is van thermische mismatch groot genoeg is om hun adhesie te overwinnen, de grafeenlaag knikt om rimpels te vormen, ontspant de compressie in het vlak ten koste van grensvlak-energie als gevolg van delaminatie en buigingsenergie in rimpels. De rimpels kunnen zich vormen tijdens zowel het groei- als het overdrachtsproces die zeer moeilijk los te maken zijn.

Het kreuken van grafeen kan worden beschreven met behulp van de continuümtheorie voor dunne elastische platen. Ze stellen.

"Voor grafeen gegroeid of overgebracht naar een substraat, kreuken van het ultradunne lid kan optreden tijdens de competitie van buigen en decohesie. Beide kenmerken zijn van belang omdat de morfologie de prestaties van een dergelijk grafeenvel sterk beïnvloedt. Een nauwkeurige voorspelling van de morfologie en zijn manipulaties is gebaseerd op een nauwkeurige beschrijving van de vdW-interactie tussen grafeen en het substraat, dat is nog lang niet bereikt en gewenst vanwege het algemeen bekende feit dat de nauwkeurigheid van een atomistische simulatie verreweg niet beter is dan het potentieel dat men gebruikt", voorspellen de wetenschappers.

"Aangezien men denkt dat grafeen het sterkste is van alle bekende materialen, het is wenselijk om dergelijke laagdimensionale koolstofstructuren als bouwstenen te gebruiken om driedimensionale (3D) technische materialen en structuren te realiseren die hun uitstekende eigenschappen kunnen erven. In werkelijkheid, de opschaling leidt tot een substantiële degradatie van eigenschappen die we willen behouden. De enorme kloof komt voort uit de ongelijke bindingseigenschappen tussen koolstofatomen in grafeen of CNT's en de architectonische 3D-technische materialen:de intra-structurele binding is covalent van aard, terwijl van der Waals binding domineert tussen verschillende lagen/buizen of met andere materialen, " voegen ze toe. "Om de verbazingwekkende mechanische eigenschappen van grafeen volledig te benutten bij de technische toepassing van grafeen, er zijn nog veel uitdagingen die moeten worden aangepakt. Het is jammer dat veel onderzoekers zich richten op de positieve kant van grafeen, de monteurs maken zich meer zorgen over de betrouwbaarheid en duurzaamheid van het materiaal in de technische praktijk, waardoor een materiaal zich onderscheidt van zijn concurrenten."