(PhysOrg.com) -- Jätteflingor av grafenoxid i vatten samlas som en bunt pannkakor, men oändligt mycket tunnare, och i processen får egenskaper som materialforskare kan tycka är läckra.

En ny artikel från forskare vid Rice University och University of Colorado beskriver hur skivor av grafen, enatomsformen av kol, i en lösning ordna sig för att bilda en nematisk flytande kristall i vilken partiklar är fritt flytande men inriktade.

Så mycket var redan känt. Den nya twisten är att om flingorna – i det här fallet, grafenoxid – är tillräckligt stora och tillräckligt koncentrerade, de behåller sin inriktning när de bildar en gel. Den gelén är en praktisk föregångare för tillverkning av metamaterial eller fibrer med unika mekaniska och elektroniska egenskaper.

Teamet rapporterade sin upptäckt online denna vecka i tidskriften Royal Society of Chemistry Mjuk materia . Risförfattare inkluderar Matteo Pasquali, en professor i kemisk och biomolekylär ingenjörskonst och i kemi; James Tour, T.T. och W.F. Chao Chair i kemi samt professor i maskinteknik och materialvetenskap och i datavetenskap; postdoktoral forskarassistent Dmitry Kosynkin; och doktorander Budhadipta Dan och Natnael Behabtu. Ivan Smalyukh, en biträdande professor i fysik vid University of Colorado i Boulder, ledde forskning för sin grupp, där Dan tjänstgjorde som gästforskare.

"Grafenmaterial och flytande faser är ett stort forskningsområde, ", sa Pasquali. "Från den grundläggande synvinkeln, vätskefaser som består av flingor är relativt outforskade, och absolut så när flingorna har viktiga elektroniska egenskaper.

"Från ansökningssynpunkt, grafen och grafenoxid kan vara viktiga byggstenar inom områden som flexibel elektronik och ledande och höghållfasta material, och kan fungera som mallar för beställning av plasmoniska strukturer, " han sa.

Av "jätte, "Forskarna hänvisade till oregelbundna flingor av grafenoxid upp till 10, 000 gånger så breda som de är höga. (Det är fortfarande omöjligt litet:i genomsnitt, ungefär 12 mikron bred och mindre än en nanometer hög.) Tidigare studier visade att mindre bitar av orörd grafen suspenderad i syra skulle bilda en flytande kristall och att grafenoxid skulle göra likadant i andra lösningar, inklusive vatten.

Den här gången upptäckte teamet att om flingorna är tillräckligt stora och tillräckligt koncentrerade, lösningen blir halvfast. När de begränsade gelén till en tunn pipett och förångade en del av vattnet, grafenoxidflingorna kom närmare varandra och staplades spontant, även om det är ofullkomligt.

"Den spännande delen för mig är den spontana ordningen av grafenoxid till en flytande kristall, som ingen hade sett tidigare, " sade Behabtu, en medlem av Pasqualis labb. "Det är fortfarande en vätska, men det är beställt. Det är användbart för att göra fibrer, men det kan också inducera ordning på andra partiklar som nanorods."

Han sa att det skulle vara en enkel sak att värma den koncentrerade gelén och extrudera den till något som kolfiber, med förbättrade egenskaper som tillhandahålls av "mix-ins".

Testar möjligheterna, forskarna blandade guldmikrotrianglar och glasmikrostavar i lösningen, och fann att båda var effektivt tvingade att ställa upp med pannkaksflingorna. Deras inkludering hjälpte också laget att få visuell bekräftelse av flingornas orientering.

Processen erbjuder möjligheten till storskalig beställning och inriktning av sådana plasmoniska partiklar som guld, silver och palladium nanorods, viktiga komponenter i optoelektroniska enheter och metamaterial, de rapporterade.

Behabtu tillade att uppvärmning av gelén "tvärbinder flingorna, och det är bra för den mekaniska styrkan. Du kan till och med värma grafenoxid tillräckligt för att minska den, avlägsnar syret och förvandlar det tillbaka till grafit."