Nobelprisets webbplats visar en katt som vilar i en grafenhängmatta. Även om det är fiktivt, bilden fångar spänningen kring grafen, som, med en atom tjock, är bland de tunnaste och starkaste materialen som någonsin producerats.

Ett betydande hinder för att inse grafens potential ligger i att skapa en yta som är tillräckligt stor för att stödja en teoretisk sovkatt. Tills vidare, materialvetare sy ihop enskilda grafenark för att skapa ark som är tillräckligt stora för att undersöka möjliga tillämpningar. Precis som att sy ihop tyglappar kan skapa svagheter där enskilda lappar möts, defekter kan försvaga "korngränserna" där grafenark sys ihop - åtminstone det var vad ingenjörer hade tänkt.

Nu, ingenjörer vid Brown University och University of Texas – Austin har upptäckt att spannmålsgränserna inte äventyrar materialets styrka. Korngränserna är så starka, faktiskt, att arken är nästan lika starka som ren grafen. Tricket, skriver de i ett papper publicerat i Vetenskap , ligger i de vinklar där de enskilda arken sys ihop.

"När du har fler defekter, du förväntar dig att styrkan äventyras, "sa Vivek Shenoy, professor i teknik och tidningens motsvarande författare, "men här är det precis tvärtom."

Fyndet kan driva på utvecklingen av större grafenark för användning inom elektronik, optik och andra industrier.

Grafen är en tvådimensionell yta som består av starkt bundna kolatomer i en nästan felfri ordning. Grundenheten i detta gittermönster består av sex kolatomer som är sammanfogade kemiskt. När ett grafenark förenas med ett annat grafenark, några av dessa sexkols hexagoner blir till sju kolbindningar-heptagoner. De platser där heptagoner förekommer kallas "kritiska bindningar".

De kritiska bindningarna, ligger längs sädesgränserna, hade ansetts vara de svaga länkarna i materialet. Men när Shenoy och Rassin Grantab, en femteårs doktorand, analyserat hur mycket styrka som går förlorad vid spannmålsgränserna, de lärde sig något annat.

"Det visar sig att dessa spannmålsgränser kan, i vissa fall, vara lika stark som ren grafen, "Sa Shenoy.

Ingenjörerna gav sig sedan ut för att lära sig varför. Med hjälp av atomistiska beräkningar, de upptäckte att lutningen av vinkeln vid vilken arken möts - korngränserna - påverkade materialets totala styrka. Den optimala orienteringen ger de starkaste arken, de rapporterar, är 28,7 grader för lakan med fåtöljmönster och 21,7 grader för lakan med sicksacklayout. Dessa kallas korngränser med stor vinkel.

Storvinkliga korngränser är starkare eftersom bindningarna i heptagonerna är närmare i längden till de bindningar som naturligt finns i grafen. Det betyder i storvinkliga korngränser, bindningarna i heptagonerna är mindre ansträngda, vilket hjälper till att förklara varför materialet är nästan lika starkt som rent grafen trots defekterna, Sa Shenoy.

"Det är hur defekterna ordnas, "Sade Shenoy." Sädesgränsen rymmer heptagonerna bättre. De är mer avslappnade. "