Forskare från University of Bristol har för första gången mätt och identifierat spänningen och töjningsskjuvmodulen och den inre friktionen hos grafenark. Grafen är ett material som har många potentiella banbrytande användningsområden inom elektronik- och kompositindustrin.

Forskningen, i samarbete med US Office of Naval Research, publiceras i Nanobokstäver .

Grafen består av ett enda lager av kolatomer arrangerade i ett hexagonalt gitter. Det är ett lovande material för produktion av nästa generations displayer eller solceller eftersom det är flexibelt, transparent och ledande.

För att grafen ska användas som nanoelektromekaniska resonatorer eller nanosensorer, det är viktigt att känna till dess strukturella beteende och begränsningar som ett mekaniskt material.

Fabrizio Scarpa, Professor i smarta material och strukturer vid University of Bristols Advanced Composites Center for Innovation and Science (ACCIS), sa:"För att förbättra utformningen av grafen nanosensorer är det viktigt att förstå det mekaniska beteendet och den naturliga inneboende dämpningen och den interna friktionen hos grafen. Våra resultat tyder på att grafen som produceras med kemisk ångavsättning kan vara ett viktigt alternativ för nanomekaniska sensorapplikationer."

Forskarna, använder en teknik som kallas kemisk ångavsättning (CVD), odlade grafenfilmer på kopparfolie i en kvartsrörsugn vid 1030 oC med en blandning av metan och väte.

Forskningen fastställde några av de elastiska egenskaperna hos CVD-odlad, enskiktsgrafenfilmer på koppar. Resultaten avslöjade en slående skillnad mellan en- och flerskiktsgrafenfilmer i både skjuvmodul och intern friktion. Denna skillnad kan bero på övergången av den skjuvåterställande kraften från kemisk bindning inom ett lager till interaktioner mellan lagren.

Den genomsnittliga skjuvmodulen för de studerade filmerna jämfördes väl med de flesta av de teoretiska beräkningarna baserade på orörda grafenstrukturer i ett lager. Den höga skjuvmodulen och den låga inre friktionen pekar på en struktur med låg defektdensitet som närmar sig den för den orörda grafenen.

Resultaten tyder på att användningen av CVD-material i nanomekaniska sensorapplikationer kan vara ett viktigt alternativ.