(Phys.org) — Kolnanomaterial finns i många olika former, såsom diamant, aerogeler, grafen, och sot. Ibland används kolnanomaterial till och med som byggstenar för att göra mer komplexa nanomaterial. Ett färskt exempel på detta är nanorörsskogar som odlas för att ge råvaran för att göra nanorörsgarn som vävs in i specialgjorda konstgjorda muskler. Kortfattat, Kolnanomaterial är en mångsidig grupp som verkar ge oändliga möjligheter till innovation.

I en ny tidning, fysikern Pekka Koskinen vid universitetet i Jyväskylä i Finland har föreslagit och modellerat en ny sammansatt kol -nanostruktur som består av ett krusat grafenark mellan två platta grafenark, vilket resulterar i "grafenkartong". Verket publiceras i ett färskt nummer av Bokstäver i tillämpad fysik .

"Om det realiseras experimentellt, strukturen kan användas som en allmän plattform för nanoskala, imiterar användningen av vanlig kartong i makroskala, " berättade Koskinen Phys.org . "Kartong kan också användas i samma applikationer som andra porösa kolmaterial, som i batterier eller i filtrering. Dock, mer lämpliga skulle vara applikationer som använder sig av de avstämbara mekaniska egenskaperna. Med skalbar tillverkningsteknik, avstämbarheten skulle kanske till och med kunna överföras till objekt i makroskala gjorda av grafenkartong."

Idén med grafenkartong bygger på nyligen genomförda experiment som påvisade periodisk krusning i grafen, liknar porlande av satinark. Dock, att experimentellt realisera grafenkartong kommer sannolikt att bli svårare eftersom det krusade arket måste vara inklämt av yttre ark. Kartongen skulle hållas samman av kovalenta bindningar, som skulle kunna införas genom antingen elektronbestrålning eller kemisk funktionalisering.

Även om det kan vara extremt svårt att tillverka grafenkartong, i den aktuella artikeln Koskinens modellering av nanokompositmaterialet ger en inblick i dess strukturella och mekaniska egenskaper. Han fann att en ökning av skjuvspänningen på kartongmaterialet avslöjar fyra faser, börjar med platt, till sinusliknande krusningar, till svampliknande ringar, till kollapsade krusningar.

Kanske mer intressant för praktiska ändamål, Koskinens modellering avslöjar att grafenkartongens mekaniska egenskaper är mycket justerbara genom att modifiera de strukturella deformationerna, som komprimering, klippa, och spänning. Till exempel, materialets elasticitet kan justeras i storleksordningar genom att kontrollera töjningen.

För ett annat exempel, styrning av stammen kan också teoretiskt ställa in Poisson-förhållandet över ett mycket brett intervall (-0,5 till 10). Poisson-förhållandet mäter hur mycket ett komprimerat material expanderar vinkelrätt mot kompressionsriktningen, och är ett användbart mått för att utveckla nya material. Modelleringen här visar att Poisson-förhållandet för grafenkartong minskar när töjningen ökar.

"För mig var det mest fascinerande resultatet att även en så enkel och naturlig struktur möjligen kunde visa negativa Poisson-förhållanden, "Sa Koskinen.

Koskinen hoppas att dessa förutsägelser kommer att fungera som en motivation för att experimentellt realisera grafenkartong. Eftersom resultaten är generella, de kan också tjäna som utgångspunkt för att undersöka andra skiktade material med inklämda krusade strukturer.

"Det finns många andra atomtunna och tunna tvådimensionella material, och därmed gott om utrymme att söka efter nya nanomaterial med anpassningsbara egenskaper, " sa Koskinen.

© 2014 Phys.org. Alla rättigheter förbehållna.