Графен – перспективный материал, который используется в таких технологиях, как прозрачные гибкие электроды и нанокомпозиты. И хотя инженеры считают, что графен перспективен для дополнительных приложений, они должны сначала лучше понять его механические свойства, в том числе то, как он работает с другими материалами.
«Это исследование показывает, насколько прочна граница раздела между графеном и растяжимой подложкой», – говорит доктор. Юн Чжу, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники в NC State и соавтор статьи о работе. "Промышленность может использовать это для разработки новой гибкой или растягиваемой электроники и нанокомпозитов.
Например, он сообщает нам, насколько мы можем деформировать материал, прежде чем граница раздела между графеном и другими материалами выйдет из строя. Наше исследование также продемонстрировало полезный подход к созданию растягиваемых устройств на основе графена путем «изгибания» графена."
Исследователи изучили, как монослой графена – слой графена толщиной всего в один атом – взаимодействует с упругой подложкой.
В частности, они хотели узнать, насколько прочна связь между двумя материалами, потому что это говорит инженерам, сколько напряжения может быть передано от подложки к графену, что определяет, насколько сильно графен может быть растянут.
Исследователи нанесли монослой графена на полимерную подложку, а затем растянули подложку.
Они использовали метод спектроскопии для отслеживания деформации в различных точках графена. Деформация – это мера того, насколько материал растянулся.
Первоначально графен растянут с подложкой.
Однако, пока подложка продолжала растягиваться, графен в конечном итоге стал растягиваться медленнее и вместо этого скользил по поверхности. Обычно края монослоя начинали скользить первыми, при этом центр монослоя растягивался дальше, чем края.
«Это многое говорит нам о интерфейсных свойствах графена и подложки», – говорит Чжу. «Для подложки, используемой в этом исследовании, полиэтилентерефталата, края монослоя графена начали скользить после растяжения 0.3 процента от его начальной длины. Но центр продолжал растягиваться, пока монослой не растянулся на 1.2 к 1.6 процентов."
Исследователи также обнаружили, что монослой графена изгибается, когда эластичная подложка возвращается к своей исходной длине.
Это создавало гребни в графене, которые делали его более растяжимым, потому что материал мог растягиваться и отступать, как мех аккордеона. Техника создания изогнутого материала аналогична технологии, разработанной в лаборатории Чжу для создания упругих проводников из углеродных нанотрубок.