I ricercatori della North Carolina State University e dell'Università del Texas hanno rivelato di più sulle proprietà meccaniche del grafene e hanno dimostrato una tecnica per migliorare l'elasticità del grafene, sviluppi che dovrebbero aiutare ingegneri e designer a inventare nuove tecnologie che utilizzano il materiale.

Il grafene è un materiale promettente che viene utilizzato in tecnologie come trasparente, elettrodi flessibili e nanocompositi. E mentre gli ingegneri pensano che il grafene sia promettente per ulteriori applicazioni, devono prima avere una migliore comprensione delle sue proprietà meccaniche, compreso come funziona con altri materiali.

"Questa ricerca ci dice quanto sia forte l'interfaccia tra il grafene e un substrato estensibile, "dice il dottor Yong Zhu, professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NC State e coautore di un articolo sul lavoro. "L'industria può utilizzarlo per progettare nuovi componenti elettronici e nanocompositi flessibili o estensibili. Ad esempio, ci dice quanto possiamo deformare il materiale prima che l'interfaccia tra grafene e altri materiali fallisca. La nostra ricerca ha anche dimostrato un approccio utile per realizzare prodotti a base di grafene, dispositivi estensibili "piegando" il grafene."

I ricercatori hanno osservato come un monostrato di grafene – uno strato di grafene spesso solo un atomo – si interfaccia con un substrato elastico. Nello specifico, volevano sapere quanto è forte il legame tra i due materiali perché questo dice agli ingegneri quanta tensione può essere trasferita dal substrato al grafene, che determina fino a che punto il grafene può essere allungato.

I ricercatori hanno applicato un monostrato di grafene a un substrato polimerico, e poi allungato il substrato. Hanno usato una tecnica di spettroscopia per monitorare la deformazione in vari punti del grafene. La deformazione è una misura di quanto si è allungato un materiale.

Inizialmente, il grafene allungato con il substrato. Però, mentre il substrato continuava ad allungarsi, il grafene alla fine ha iniziato ad allungarsi più lentamente e a scivolare invece sulla superficie. Tipicamente, i bordi del monostrato hanno cominciato a scivolare per primi, con il centro del monostrato che si estende oltre i bordi.

"Questo ci dice molto sulle proprietà di interfaccia del grafene e del substrato, " Zhu dice. "Per il substrato utilizzato in questo studio, polietilene tereftalato, i bordi del monostrato di grafene hanno iniziato a scivolare dopo essere stati allungati dello 0,3 percento della sua lunghezza iniziale. Ma il centro ha continuato ad allungarsi fino a quando il monostrato non è stato allungato dall'1,2 all'1,6%".

I ricercatori hanno anche scoperto che il monostrato di grafene si piegava quando il substrato elastico veniva riportato alla sua lunghezza originale. Ciò ha creato creste nel grafene che lo hanno reso più elastico perché il materiale potrebbe allungarsi e tornare indietro, come il mantice di una fisarmonica. La tecnica per creare il materiale deformato è simile a quella sviluppata dal laboratorio di Zhu per creare conduttori elastici da nanotubi di carbonio.