萊斯大學的研究人員發(fā)現(xiàn)，抗碎裂的“鋼筋石墨烯”的質量是原始石墨烯的兩倍。

石墨烯是一種原子厚度的碳片。在二維尺度上，材料比鋼更強，但由于石墨烯很薄，它仍然會被撕裂和撕裂。

鋼筋石墨烯是混凝土中鋼筋(鋼筋)的納米級類似物，其中嵌入式鋼筋增強了材料的強度和耐久性。由化學家詹姆斯·圖爾的萊斯實驗室于2014年開發(fā)的鋼筋石墨烯使用碳納米管進行增強。

在美國化學學會雜志ACS Nano的一項新研究中，萊斯材料科學家Jun Lou，研究生和主要作者Emily Hacopian以及合作者，包括Tour，壓力測試的鋼筋石墨烯，發(fā)現(xiàn)納米管鋼筋轉移并橋接否則會傳播的裂縫在未增強的石墨烯中。

實驗表明，納米管有助于石墨烯保持彈性，并減少裂縫的影響。Lou說，這不僅適用于柔性電子產品，也適用于電活性可穿戴設備或其他需要耐受性，柔韌性，透明度和機械穩(wěn)定性的設備。

布朗大學合作者的實驗室機械測試和分子動力學模擬都顯示了材料的韌性。

婁說，石墨烯的優(yōu)異導電性使其成為器件的有力候選者，但其脆性本身就是一個缺點。兩年前，他的實驗室報告說，石墨烯的強度與其最薄弱的環(huán)節(jié)一樣強。這些測試顯示原始石墨烯的強度“顯著低于”其報告的固有強度。在后來的一項研究中，實驗室發(fā)現(xiàn)，研究人員感興趣的另一種二維材料二硒化鉬也很脆弱。

巡回演出接近Lou和他的團隊對鋼筋石墨烯進行類似的測試，通過將單壁納米管旋涂到銅基板上并通過化學氣相沉積在石墨烯上生長石墨烯。

為了對鋼筋石墨烯進行壓力測試，Hacopian，Yang及其同事不得不把它拉成碎片并測量施加的力。通過反復試驗，該實驗室開發(fā)出一種切割材料微觀片段并將其安裝在測試臺上的方法，用于掃描電子和透射電子顯微鏡。

“我們不能使用膠水，所以我們必須了解材料和我們的測試設備之間的分子間力，”Hacopian說。“這些材料很脆弱，真的很難。”

鋼筋并沒有使石墨烯不會受到最終的破壞，但是納米管通過在它們繁殖時迫使裂縫到zig和zag來減緩這一過程。當力太弱而不能完全破壞石墨烯時，納米管有效地橋接裂縫，并且在某些情況下保持了材料的導電性。

在早期的測試中，Lou的實驗室顯示石墨烯的原生斷裂韌性為4兆帕斯卡。相比之下，鋼筋石墨烯的平均韌性為10.7兆帕斯卡，他說。

研究的共同作者華建高和他的團隊在布朗的模擬證實了物理實驗的結果。高的團隊在石墨烯中有序排列的鋼筋的模擬中發(fā)現(xiàn)了相同的效果，就像在物理樣品中測量的那樣，鋼筋指向每個方向。

“這些模擬非常重要，因為它們讓我們能夠在時間尺度上看到我們使用顯微鏡技術無法獲得的過程，這只能為我們提供快照，”Lou說。“布朗團隊真的幫助我們了解這些數字背后發(fā)生的事情。”

他說，螺紋石石墨的結果是許多新材料表征的第一步。“我們希望這開啟了人們可以為應用程序設計2D材料特征的方向，”Lou說。