Foreslået grafenpap har meget justerbare egenskaber

(Phys.org) - Kulstofnanomaterialer findes i mange forskellige former, såsom diamant, aerogeler, grafen, og sod. Nogle gange bruges kulstof nanomaterialer endda som byggesten til fremstilling af mere komplekse nanomaterialer. Et nyligt eksempel på dette er nanorørskove, der dyrkes for at give råmaterialet til at lave nanorørsgarn, der er vævet ind i specialfremstillede kunstige muskler. Kort sagt, carbon nanomaterialer er en alsidig gruppe, der synes at give uendelige muligheder for innovation.

I et nyt blad, fysiker Pekka Koskinen ved universitetet i Jyväskylä i Finland har foreslået og modelleret en ny sammensat carbon nanostruktur, der består af et kruset grafenark, der er klemt mellem to flade grafenplader, hvilket resulterer i "grafenpap." Værket er offentliggjort i et nyligt nummer af Anvendt fysik bogstaver .

"Hvis det realiseres eksperimentelt, strukturen kunne bruges som en generel platform på nanoskala, efterligne brugen af ​​normal pap i makroskala, "Fortalte Koskinen Phys.org . "Karton kan også bruges i de samme applikationer som andre porøse kulstofmaterialer, såsom i batterier eller i filtrering. Imidlertid, mere egnede ville være applikationer, der gør brug af de afstembare mekaniske egenskaber. Med skalerbare fremstillingsteknikker, afstemmelsen kunne måske endda overføres til makroskalaobjekter lavet af grafenkarton. "

Ideen med grafenpap bygger på nylige eksperimenter, der påviste periodisk risling i grafen, ligner risling af satinplader. Imidlertid, eksperimentelt at realisere grafenpap vil sandsynligvis være vanskeligere, fordi det krusede ark skal klemmes ind af ydre ark. Kartonen ville blive holdt sammen af ​​kovalente bindinger, som kunne introduceres ved enten elektronbestråling eller kemisk funktionalisering.

Selvom det kan være ekstremt vanskeligt at fremstille grafenpap, i det nuværende papir giver Koskinens modellering af nanokompositmaterialet indsigt i dets strukturelle og mekaniske egenskaber. Han fandt ud af, at øget forskydningsspænding på papmaterialet afslører fire faser, starter med flad, til sinus-type krusninger, til svampeagtige krusninger, til kollapsede krusninger.

Måske mere interessant for praktiske formål, Koskinens modellering afslører, at grafenkartons mekaniske egenskaber er meget justerbare ved at modificere de strukturelle deformationer, såsom komprimering, klippe, og spænding. For eksempel, materialets elasticitet kan indstilles i størrelsesordener ved at kontrollere belastningen.

For et andet eksempel, styring af stammen kan også teoretisk justere Poisson-forholdet over et meget bredt område (-0,5 til 10). Poisson-forholdet måler, hvor meget et komprimeret materiale udvider sig vinkelret på kompressionsretningen, og er en nyttig metrik til udvikling af nye materialer. Modelleringen her viser, at Poisson -forholdet mellem grafenkart falder, når belastningen stiger.

"For mig var det mest fascinerende resultat, at selv en så simpel og naturlig struktur muligvis kunne vise negative Poisson -forhold, " sagde Koskinen.

Koskinen håber, at disse forudsigelser vil tjene som en motivation for eksperimentelt at realisere grafenpap. Fordi resultaterne er generelle, de kan også tjene som udgangspunkt for at undersøge andre lagdelte materialer med klemte krusede strukturer.

"Der er mange andre atomtynde og spinkle todimensionale materialer, og dermed masser af plads til at søge efter nye nanomaterialer med tilpasselige egenskaber, "Sagde Koskinen.

© 2014 Phys.org. Alle rettigheder forbeholdes.