(Phys.org) — I nanomateriali di carbonio sono disponibili in molte forme diverse, come il diamante, aerogel, grafene, e fuliggine. A volte i nanomateriali di carbonio vengono persino utilizzati come elementi costitutivi per realizzare nanomateriali più complessi. Un esempio recente di ciò sono le foreste di nanotubi che vengono coltivate per fornire la materia prima per realizzare filati di nanotubi che vengono intrecciati in muscoli artificiali su misura. In breve, i nanomateriali di carbonio sono un gruppo versatile che sembra offrire infinite opportunità di innovazione.

In un nuovo documento, il fisico Pekka Koskinen dell'Università di Jyväskylä in Finlandia ha proposto e modellato una nuova nanostruttura di carbonio composita che consiste in un foglio di grafene increspato inserito tra due fogli piatti di grafene, con conseguente "cartone di grafene". Il lavoro è pubblicato in un recente numero di Lettere di fisica applicata .

"Se realizzato sperimentalmente, la struttura potrebbe essere utilizzata come piattaforma generica su scala nanometrica, imitando l'uso del normale cartone su macroscala, " ha detto Koskinen Phys.org . "Il cartone potrebbe essere utilizzato anche nelle stesse applicazioni di altri materiali porosi in carbonio, come nelle batterie o nei filtri. Però, più adatte sarebbero le applicazioni che fanno uso delle proprietà meccaniche sintonizzabili. Con tecniche di fabbricazione scalabili, la sintonizzabilità potrebbe forse anche essere trasferita a oggetti in macroscala fatti di cartone di grafene."

L'idea del cartone di grafene si basa su recenti esperimenti che hanno dimostrato increspature periodiche nel grafene, simile all'increspatura delle lenzuola di raso. Però, realizzare sperimentalmente il cartone di grafene è probabilmente più difficile perché il foglio increspato deve essere racchiuso da fogli esterni. Il cartone sarebbe tenuto insieme da legami covalenti, che potrebbe essere introdotto mediante irradiazione elettronica o funzionalizzazione chimica.

Sebbene fabbricare il cartone di grafene possa essere estremamente difficile, nel documento attuale la modellazione di Koskinen del materiale nanocomposito fornisce informazioni sulle sue caratteristiche strutturali e meccaniche. Ha scoperto che l'aumento dello sforzo di taglio sul materiale di cartone rivela quattro fasi, a partire da piatto, a increspature di tipo sinusoidale, alle increspature a fungo, alle increspature crollate.

Forse più interessante per scopi pratici, La modellazione di Koskinen rivela che le proprietà meccaniche del cartone di grafene sono altamente sintonizzabili modificando le deformazioni strutturali, come compressione, taglio, e tensione. Per esempio, l'elasticità del materiale può essere regolata per ordini di grandezza controllando la deformazione.

Per un altro esempio, il controllo del ceppo può anche teoricamente sintonizzare il rapporto di Poisson su un intervallo molto ampio (da -0,5 a 10). Il rapporto di Poisson misura quanto un materiale compresso si espande perpendicolarmente alla direzione di compressione, ed è una metrica utile per lo sviluppo di nuovi materiali. La modellazione qui mostra che il rapporto di Poisson del cartone di grafene diminuisce all'aumentare della deformazione.

"Per me il risultato più affascinante è stato che anche una struttura così semplice e naturale potrebbe mostrare rapporti di Poisson negativi, " ha detto Koskinen.

Koskinen spera che queste previsioni servano da motivazione per realizzare sperimentalmente il cartone di grafene. Poiché i risultati sono generali, possono anche servire come punto di partenza per studiare altri materiali a strati con strutture increspate a sandwich.

"Ci sono molti altri materiali bidimensionali atomicamente sottili e fragili, e quindi molto spazio per cercare nuovi nanomateriali con proprietà personalizzabili, " ha detto Koskinen.

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