In de studie, gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling B , toonden de onderzoekers aan dat dubbellaags grafeen, bestaande uit twee lagen grafeen, was merkbaar zachter dan zowel tweedimensionaal (2-D) grafeen als driedimensionaal (3-D) grafiet langs de stapelrichting.

Dit verrassende resultaat verschilt van eerder onderzoek waaruit bleek dat 2-D grafeen, een platte enkele laag koolstofatomen gerangschikt in een honingraatstructuur had veel van dezelfde mechanische eigenschappen als 3D-grafiet, dat is een van nature voorkomende vorm van koolstof die bestaat uit een zeer zwakke stapel van vele lagen grafeen.

Stijfheid meten

Grafeen is een 2D-materiaal, maar heeft 3D-eigenschappen zoals de stijfheid in de 'out-of-plane' richting, loodrecht op het vlak van de grafeenplaten.

Het gedrag van π-elektronen in meerlaags grafeen bepaalt de stijfheid buiten het vlak. In dit onderzoek, de onderzoekers ontdekten dat wanneer dubbellaags grafeen uit het vlak wordt gecomprimeerd, sommige π-elektronen worden 'geperst' door de grafeenvlakken, die ondoordringbaar zijn voor kleine moleculen zoals water. Deze reactie maakt het materiaal zachter en veel gemakkelijker te comprimeren.

Dr. Yiwei Zon, hoofdauteur van de studie van de Queen Mary University of London, zei:"Onze vorige studie toonde aan dat 2D-grafeen en 3D-grafiet veel van dezelfde mechanische eigenschappen hebben, dus we waren verrast om te zien dat dubbellaags grafeen veel zachter is dan beide materialen. We denken dat de zachtheid van dubbellaags grafeen het gevolg is van het 'knijpen' van pi-elektronische orbitalen door de grafeenlagen. Bijvoorbeeld, als het brood op een burger wordt vervangen door een bagel, is het nog makkelijker te comprimeren omdat de inhoud uit het bagelgat kan worden geperst."

Potentieel realiseren

Vaak geprezen als een 'wondermateriaal', grafeen heeft de hoogst bekende thermische en elektrische geleidbaarheid en is sterker dan staal, maar ook licht, flexibel en transparant.

Het werd in 2004 ontdekt door grafeenvlokken af ​​te pellen van bulkgrafiet (gebruikt in potloodstiften en smeermiddelen) met plakband.

Het op elkaar stapelen van de grafeenvlokken biedt meer mogelijkheden omdat de buitengewone eigenschappen van het materiaal worden bepaald door interacties tussen de gestapelde lagen. De unieke eigenschappen kunnen ook worden verfijnd voor verschillende toepassingen door andere 2D-materialen te stapelen, zoals boornitride en molybdeendisulfide, naar grafeen.

Deze studie geeft inzicht in de complexe interacties tussen grafeendubbellagen en maakt kwantificering van de eigenschappen ervan mogelijk, wat van cruciaal belang is voor het verkennen van toekomstige toepassingen van het materiaal in apparaten zoals verticale transistors en druksensoren.