Forskare från North Carolina State University och University of Texas har avslöjat mer om grafens mekaniska egenskaper och visat upp en teknik för att förbättra grafens töjbarhet - utvecklingar som ska hjälpa ingenjörer och designers att hitta på ny teknik som använder materialet.

Grafen är ett lovande material som används i teknik som transparent, flexibla elektroder och nanokompositer. Och medan ingenjörer tror att grafen lovar ytterligare applikationer, de måste först ha en bättre förståelse för dess mekaniska egenskaper, inklusive hur det fungerar med andra material.

"Denna forskning berättar hur starkt gränssnittet är mellan grafen och ett töjbart substrat, "säger Dr Yong Zhu, docent i maskin- och rymdteknik vid NC State och medförfattare till ett papper om arbetet. "Industri kan använda det för att designa ny flexibel eller töjbar elektronik och nanokompositer. Till exempel, den berättar hur mycket vi kan deformera materialet innan gränssnittet mellan grafen och andra material misslyckas. Vår forskning har också visat ett användbart tillvägagångssätt för att göra grafenbaserade, töjbara enheter genom att "knäcka" grafen. "

Forskarna tittade på hur ett grafenmonoskikt - ett lager av grafen endast en atom tjockt - gränssnitt med ett elastiskt substrat. Specifikt, de ville veta hur stark bindningen är mellan de två materialen eftersom det berättar för ingenjörer hur mycket belastning som kan överföras från substratet till grafen, som avgör hur långt grafen kan sträckas.

Forskarna applicerade ett monoskikt av grafen på ett polymersubstrat, och sträckte sedan ut substratet. De använde en spektroskopiteknik för att övervaka påfrestningen vid olika punkter i grafen. Töjning är ett mått på hur långt ett material har sträckt sig.

Initialt, grafen sträckt med substrat. Dock, medan substratet fortsatte att sträcka sig, grafen började så småningom sträcka sig långsammare och glida på ytan istället. Vanligtvis, kanterna på monoskiktet började glida först, med monoskiktets mitt som sträcker sig längre än kanterna.

"Detta berättar mycket om gränssnittsegenskaperna för grafen och substrat, "Säger Zhu." För substratet som används i denna studie, polyetentereftalat, kanterna på grafenmonoskiktet började glida efter att ha sträckts 0,3 procent av dess initiala längd. Men mitten fortsatte att sträcka sig tills monoskiktet hade töjts med 1,2 till 1,6 procent. "

Forskarna fann också att grafenmonoskiktet spände sig när det elastiska substratet återfördes till sin ursprungliga längd. Detta skapade åsar i grafen som gjorde det mer töjbart eftersom materialet kunde sträcka sig ut och tillbaka, som bälgen på ett dragspel. Tekniken för att skapa det böjda materialet liknar den som utvecklats av Zhu's lab för att skapa elastiska ledare av kolnanorör.