När det gäller den uppmärksamhet som grafen har fått under det senaste decenniet, inget enskilt material är jämförbart. När intresset och entusiasmen för grafenforskning fortsätter, det efterlyser en kritisk granskning av tillförlitligheten och hållbarheten hos grafenaktiverade tillämpningar. grafenens mekanik blir därför väsentlig för att ta itu med relaterade problem.

I praktiken, defekter som härrör från termodynamik eller införs genom tillverkning, naturligt eller artificiellt, spelar den centrala rollen i grafens mekaniska beteenden. Mer viktigt, hög hållfasthet är bara en aspekt av grafens magnifika mekaniska egenskaper:Dess enatoms tunna natur leder till ultralåg böjstyvhet och ger upphov till rik morfologi och är avgörande för morfologikontroll.

I en ny recension artikel publicerad i Peking-baserade National Science Review , forskare vid Institute of Mechanics, kinesiska vetenskapsakademin, Peking, Kina, och University of Colorado, Flyttblock, U.S., presentera de senaste teoretiska framstegen inom grafenens nanomekanik. Medförfattarna Yujie Wei och Ronggui Yang har sammanfattat de nuvarande framstegen när det gäller mekaniken för defekter i grafen, och teorin för att fånga deformationen utanför planet. De granskade det strukturella-mekaniska egenskapsförhållandet i grafen, när det gäller dess elasticitet, styrka, böjning, och rynkor, med eller utan inverkan av ofullkomligheter. Forskarna beskrev också några utmaningar och de potentiella forskningsriktningarna om nanomekanik av grafen.

"Den inneboende styrkan hos enskiktsgrafen är cirka 100 GPa, minst två storleksordningar större än de flesta tekniska material. Det starka materialet är också mjukt till sin natur - grafen kan lätt böjas för att bilda en rik tredimensionell morfologi under antingen mekanisk eller till och med termisk vågning. Sådana slående egenskaper gör grafen till potentiella tillämpningar som sträcker sig från system i nanoskala till makroskopiska kompositmaterial.

"På grund av termodynamiken, grafen med stor yta är också defekt. De termiskt aktiverade defekterna har i allmänhet låg energinivå, som lediga poäng och 5-7-7-5 ringar, och 5-8-5 ringar. Stora inkluderar korngränser och fria kanter. Mekaniken för dessa typiska defekter i grafen och deras inflytande på styrkan är de centrala uppgifterna för att ta itu med struktur-mekaniska egenskapsförhållandet hos grafen."

När töjningsenergin som härrör från termisk obalans är tillräckligt stor för att övervinna deras vidhäftning, grafenskiktet spänns för att bilda rynkor, slappnar av sin kompression i planet på bekostnad av gränssnittsenergi på grund av delaminering och böjningsenergi i rynkor. Rynkorna kan bildas under både tillväxten och överföringsprocessen som är mycket svåra att släppa.

Skrynklingen av grafen kan beskrivas med hjälp av kontinuumteorin för tunna elastiska ark. De konstaterar.

"För grafen som odlas eller överförs till ett substrat, skrynkling av den ultratunna delen kan uppstå under tävlingen av böjning och dekohesion. Båda egenskaperna är viktiga eftersom morfologin starkt påverkar prestandan hos ett sådant grafenark. En exakt förutsägelse om morfologin och dess manipulationer bygger på en korrekt beskrivning av vdW-interaktionen mellan grafen och substratet, vilket är långt ifrån att nås och är önskvärt på grund av det allmänt kända faktumet att noggrannheten i en atomistisk simulering överlägset inte är bättre än den potential man använder." förutspår forskarna.

"Eftersom grafen anses vara det starkaste av alla kända material, det är önskvärt att använda sådana lågdimensionella kolstrukturer som byggstenar för att realisera tredimensionella (3-D) konstruktionsmaterial och strukturer som kan ärva sina fantastiska egenskaper. I verkligheten, uppskalningen leder till en betydande försämring av egenskaper som vi önskar behålla. Det enorma gapet härrör från de olika bindningsegenskaperna mellan kolatomer inom grafen eller CNT och de arkitektonerade 3D-tekniska materialen:Intrastrukturbindningen är kovalent till sin natur, medan van der Waals bindning dominerar mellan olika lager/rör eller med andra material, ", tillägger de. "För att fullt ut utnyttja de fantastiska mekaniska egenskaperna hos grafen i teknisk tillämpning av grafen, det återstår många utmaningar att ta itu med. Det är olyckligt medan många forskare fokuserar på den ljusa sidan av grafen, mekanikerna är mer bekymrade över materialets tillförlitlighet och hållbarhet i ingenjörspraktik som skiljer sig från sina konkurrenter."