Grafenoxidpapir ændrer sig ved belastning

Den samme slip-and-stick-mekanisme, der fører til jordskælv er i arbejde på molekylært niveau i materialer i nanoskala, hvor det bestemmer materialernes forskydningsplasticitet, ifølge videnskabsmænd ved Rice University og State University of Campinas, Brasilien.

Materialeforskeren Pulickel Ajayans rislaboratorium fandt ud af, at tilfældige molekyler spredt i lag af ellers uberørt grafen påvirker, hvordan lagene interagerer med hinanden under belastning.

Plasticitet er et materiales evne til at deformeres permanent, når det belastes. Risforskerne, tænker på fremtidige ting som fleksibel elektronik, besluttede at se, hvordan grafenoxid "papir" ville håndtere forskydningsbelastning, hvori arkene trækkes i enderne.

Sådan dyb viden er vigtig, når man laver nye avancerede materialer, sagde Chandra Sekhar Tiwary, en hovedforfatter til det nye papir i tidsskriftet American Chemical Society Nano bogstaver og en Rice-postdoc-forsker.

"Vi ønsker at bygge tredimensionelle strukturer af todimensionelle materialer, så denne form for undersøgelse er nyttig, " sagde han. "Disse strukturer kunne være et termisk substrat for elektroniske enheder, de kunne være filtre, de kunne være sensorer eller de kunne være biomedicinske anordninger. Men hvis vi skal bruge et materiale, vi er nødt til at forstå, hvordan det opfører sig."

Grafenoxidpapiret, de testede, var en stak ark, der lå ovenpå hinanden som pandekager. Iltmolekyler "funktionaliserede" overfladerne, tilføjer ruhed til de ellers atomtykke plader.

I eksperimenter og computermodeller, holdet fandt ud af, at med blid, langsom stress, oxiderne ville faktisk fange, hvilket får papiret til at antage en bølgeform, hvor lagene trak fra hinanden. Men en højere belastningshastighed gør materialet sprødt. "Simuleringen udført af vores samarbejdspartnere i Brasilien giver indsigt og bekræfter, at hvis du trækker det meget hurtigt, lagene interagerer ikke, og der kommer kun et lag ud, " sagde Tiwary.

"Efter denne undersøgelse, vi ved nu, at der er nogle funktionelle grupper, der er nyttige og nogle, der ikke er. Med denne forståelse kan vi vælge de funktionelle grupper for at skabe bedre strukturer på molekylært niveau."