Grafen kan forstærkes ved at folde

(PhysOrg.com) -- Med en styrke, der er 200 gange større end stålets, grafen er det stærkeste kendte materiale, der findes. Men nu har forskere fundet ud af, at foldning af grafen nanobånd til strukturer, de kalder "grafold", kan gøre det i stand til at bære endnu større trykbelastninger.

Forskerne, Yongping Zheng og Zhigao Huang fra Fujian Normal University i Kina; Ning Wei og Zheyong Fan fra Xiamen University i Kina; og Lanqing Xu fra begge universiteter, har offentliggjort deres undersøgelse i et nyligt nummer af Nanoteknologi .

"Resultaterne af dette arbejde giver en ny vej til at skræddersy egenskaberne af grafen-baserede nanomaterialer, ” fortalte Zheng PhysOrg.com . "I øjeblikket, mange forskere og ingeniører er optaget af doping, alkymi, osv. Vi har her vist, at strukturombygning også kan føre til interessante resultater.”

I deres undersøgelse, forskerne brugte simuleringer af molekylær dynamik til at undersøge grafold. De sammenlignede grafen med grafold i to områder:spænding (kraften, der trækker materialet fra hinanden) og kompression (kraften, der skubber materialet sammen). Evnen til både at blive forlænget og klemt uden skade er meget nyttig til tekniske applikationer. Imidlertid, som forskerne forklarer, grafen har kun en høj trækstyrke; på grund af dens todimensionelle natur, den er "blød" under kompression og kan ikke klemmes.

I modsætning, forskernes simuleringer viste, at grafold er "hårdere" end grafen og kan modstå meget større mængder af kompression (10-25 GPa afhængig af grafolds struktur sammenlignet med mindre end 2 GPa for grafen). Mens dens trykstyrke er betydeligt højere end grafen, grafolds trækstyrke nærmer sig grafen. Youngs modul (et mål for elasticitet) og brudstamme af grafold er lidt lavere end grafen. Forskerne bemærkede, at flere andre materialer kan modstå større kompression end grafold, herunder kulstof nanorør, som både kan aflanges og klemmes som grafold.

"Som bekendt grafen kan ikke modstå nogen kompression, " sagde Zheng. "Via foldning, grafen omdannes til grafold og kan komprimeres til en vis mængde. Selv når den er meget komprimeret, det går ikke i stykker, bare presses ind i et kortere foldet bælte. Desuden, deformationen er elastisk. Som vi ved, hvis styrken overstiger kulstofnanorørs brudpunkt, det vil gå ned og aldrig vende tilbage til sin oprindelige form."

Blandt grafolds fordele er, at det er meget nemmere at folde et grafen nanobånd for at skabe grafold end at rulle det op for at skabe et kulstof nanorør. Plus, grafolds mekaniske egenskaber kan justeres ved at ændre foldedesignet, såsom at ændre størrelsen, form, og antal folder.

Samlet set, resultaterne af simuleringerne giver en ny vej til at skræddersy egenskaberne af grafen-baserede nanomaterialer, hvilket kan føre til avancerede mekaniske applikationer. Forskerne håber på eksperimentelt at fremstille grafold i den nærmeste fremtid.

"Der kunne være alsidige applikationer, " sagde Zheng. "Sig, man kunne udnytte den elastiske og lav-til-midte stivhed af grafold i applikationer, hvor der kræves en stor dæmpning."

Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.