Forskare vid UCL har för första gången förklarat mysteriet om varför tejp är så användbart för grafenproduktion.

Studien, publiceras i Avancerade material , använde superdatorer för att modellera processen genom vilken grafenark exfolieras från grafit, materialet i pennor.

Grafen är känt för att vara det starkaste materialet i världen, lätt och med extraordinär elektrisk, termiska och optiska egenskaper. Inte överraskande, det erbjuder många fördelar för kommersiell tillämpning.

Det finns olika metoder för att exfoliera grafen, inklusive den berömda tejpmetoden utvecklad av Nobelpristagaren Andre Geim. Men lite har hittills varit känt om hur processen med att exfoliera grafen med hjälp av tejp fungerar.

Akademiker vid UCL kan nu visa hur enskilda grafitflingor kan exfolieras för att göra en atoms tjocka lager. De avslöjar också att processen att skala ett lager av grafen kräver 40 % mindre energi än en annan vanlig metod som kallas klippning. Detta förväntas få långtgående konsekvenser för den kommersiella produktionen av grafen.

"Tejpmetoden fungerar ungefär som att skala isär ägglådor med en vertikal rörelse, det är lättare än att dra en horisontellt över en annan när de är prydligt staplade, "förklarade professor Peter Coveney, Direktör för Center for Computational Science (UCL Chemistry).

"Om man klipper, då hålls du uppe av denna äggkartongkonfiguration. Men om du skalar, du kan få isär dem mycket lättare. Polymetylmetakrylatlimet på traditionell tejp är perfekt för att plocka upp kanten på grafenarket så att det kan lyftas och skalas, " tillade professor Coveney.

Grafit förekommer naturligt, dess grundläggande kristallina struktur är staplar av platta ark av starkt bundna kolatomer i ett bikakemönster. Grafits många lager är bundna av svaga interaktioner och kan lätt glida stora avstånd över varandra med liten friktion på grund av deras överflödighet.

Forskarna vid UCL simulerade ett experiment som genomfördes 2015 vid Lawrence Berkeley Laboratory i Berkeley, Kalifornien, som använde ett speciellt mikroskop med atomupplösning för att se hur grafenflingor rör sig på en grafityta.

Superdatorns resultat matchade Berkeleys observationer som visar att det är mindre rörelse när grafenatomerna är snyggt i linje med atomerna nedan.

"Trots den enorma mängd forskning som utförts på grafen sedan dess upptäckt, det är tydligt att vår förståelse av dess beteende på en atomlängdskala hittills varit mycket dålig, "förklarar doktoranden Robert Sinclair (UCL Chemistry).

"Den ena anledningen framför allt till varför materialet är svårt att använda är att det är svårt att göra. Även nu, ett dussin år efter upptäckten, företag måste använda tejpmetoder för att dra isär den, som pristagarna gjorde för att avslöja det; knappast en högteknologisk och industriellt enkel process att genomföra. Vi är nu i stånd att hjälpa experimentalister att ta reda på hur man kan dela ut det, eller gör det på beställning. Det kan få stora kostnadskonsekvenser för den framväxande grafenindustrin, " sa professor Coveney.