Forståelse af grænsefladeegenskaber for grafen baner vej for nye applikationer

Forskere fra North Carolina State University og University of Texas har afsløret mere om grafens mekaniske egenskaber og demonstreret en teknik til at forbedre strækbarheden af ​​grafen – udviklinger, der skal hjælpe ingeniører og designere med at komme med nye teknologier, der gør brug af materialet.

Grafen er et lovende materiale, der bruges i teknologier som transparent, fleksible elektroder og nanokompositter. Og mens ingeniører mener, at grafen lover yderligere applikationer, de skal først have en bedre forståelse af dets mekaniske egenskaber, herunder hvordan det fungerer med andre materialer.

"Denne forskning fortæller os, hvor stærk grænsefladen er mellem grafen og et strækbart substrat, " siger Dr. Yong Zhu, en lektor i maskin- og rumfartsteknik ved NC State og medforfatter til et papir om arbejdet. "Det kan industrien bruge til at designe ny fleksibel eller strækbar elektronik og nanokompositter. F.eks. den fortæller os, hvor meget vi kan deformere materialet, før grænsefladen mellem grafen og andre materialer svigter. Vores forskning har også vist en nyttig tilgang til fremstilling af grafenbaseret, strækbare enheder ved at "spænde" grafenen."

Forskerne så på, hvordan et grafen-monolag - et lag af grafen kun et atom tykt - grænseflader med et elastisk substrat. Specifikt, de ønskede at vide, hvor stærk bindingen er mellem de to materialer, fordi det fortæller ingeniører, hvor meget belastning der kan overføres fra substratet til grafen, som bestemmer, hvor langt grafenen kan strækkes.

Forskerne anvendte et monolag af grafen på et polymersubstrat, og strakte derefter substratet. De brugte en spektroskopiteknik til at overvåge stammen på forskellige punkter i grafenen. Stamme er et mål for, hvor langt et materiale har strakt sig.

I første omgang, grafen strakt med substrat. Imidlertid, mens underlaget fortsatte med at strække sig, grafenen begyndte til sidst at strække sig langsommere og glide på overfladen i stedet for. Typisk, kanterne af monolaget begyndte at glide først, med midten af ​​monolaget, der strækker sig længere end kanterne.

"Dette fortæller os meget om grænsefladeegenskaberne for grafen og substrat, " siger Zhu. "For substratet brugt i denne undersøgelse, polyethylenterephthalat, kanterne af grafen-monolaget begyndte at glide efter at være blevet strakt 0,3 procent af dets oprindelige længde. Men midten fortsatte med at strække, indtil monolaget var blevet strakt med 1,2 til 1,6 procent."

Forskerne fandt også ud af, at grafen-monolaget bukkede, da det elastiske substrat blev returneret til dets oprindelige længde. Dette skabte kamme i grafenet, der gjorde det mere strækbart, fordi materialet kunne strække sig ud og tilbage, som bælgen på en harmonika. Teknikken til at skabe det spændte materiale ligner en, der er udviklet af Zhus laboratorium til at skabe elastiske ledere ud af kulstof nanorør.