In termini di attenzione che il grafene ha ricevuto nell'ultimo decennio, nessun singolo materiale è paragonabile. Man mano che l'interesse e l'entusiasmo per la ricerca sul grafene continuano, richiede un esame critico sull'affidabilità e la durata delle applicazioni abilitate al grafene; la meccanica del grafene diventa quindi essenziale per affrontare le problematiche correlate.

In pratica, difetti derivanti dalla termodinamica o introdotti dalla fabbricazione, naturalmente o artificialmente, svolgono un ruolo fondamentale nei comportamenti meccanici del grafene. Ma ancora più importante, l'elevata resistenza è solo un aspetto delle magnifiche proprietà meccaniche del grafene:la sua natura sottile di un atomo porta a una rigidità alla flessione ultra bassa e dà origine a una ricca morfologia ed è cruciale per il controllo della morfologia.

In un nuovo articolo di rassegna pubblicato sul sito di Pechino Rassegna scientifica nazionale , scienziati dell'Istituto di Meccanica, Accademia cinese delle scienze, Pechino, Cina, e l'Università del Colorado, Masso, NOI., presentare gli ultimi progressi teorici nella nanomeccanica del grafene. I coautori Yujie Wei e Ronggui Yang hanno riassunto gli attuali progressi sulla meccanica dei difetti nel grafene, e la teoria per catturare la deformazione fuori dal piano. Hanno rivisto la relazione delle proprietà strutturali-meccaniche nel grafene, per la sua elasticità, forza, piegarsi, e rughe, con o senza l'influenza di imperfezioni. Gli scienziati hanno anche delineato alcune sfide e le potenziali direzioni di ricerca sulla nanomeccanica del grafene.

"La forza intrinseca del grafene monostrato è di circa 100 GPa, almeno due ordini di grandezza maggiore della maggior parte dei materiali di ingegneria. Il materiale resistente è anche di natura morbida:il grafene può essere facilmente piegato per formare una ricca morfologia tridimensionale sotto ondulazione meccanica o addirittura termica. Tali caratteristiche sorprendenti rendono il grafene di potenziali applicazioni che vanno dai sistemi su scala nanometrica ai materiali compositi macroscopici.

"A causa della termodinamica, anche il grafene per grandi aree è difettoso. I difetti attivati ​​termicamente sono generalmente di basso livello energetico, come punti vacanti e 5-7-7-5 anelli, e 5-8-5 anelli. Quelli grandi includono bordi di grano e bordi liberi. La meccanica di quei tipici difetti del grafene e la loro influenza sulla forza sono i compiti centrali per affrontare la relazione struttura-proprietà meccanica del grafene".

Quando l'energia di deformazione risultante dal disadattamento termico è abbastanza grande da superare la loro adesione, lo strato di grafene si piega per formare rughe, rilassa la sua compressione nel piano a spese dell'energia interfacciale a causa della delaminazione e dell'energia di flessione nelle rughe. Le rughe possono formarsi sia durante la crescita che durante il processo di trasferimento che sono molto difficili da rilasciare.

Il raggrinzimento del grafene potrebbe essere descritto utilizzando la teoria del continuo per fogli elastici sottili. Dichiarano.

"Per il grafene coltivato o trasferito su un substrato, l'increspatura dell'elemento ultrasottile può verificarsi durante la competizione di flessione e decoesione. Entrambe le caratteristiche sono importanti in quanto la morfologia influisce fortemente sulle prestazioni di tale foglio di grafene. Una previsione precisa sulla morfologia e le sue manipolazioni si basa su una descrizione accurata dell'interazione vdW tra il grafene e il substrato, che è lungi dall'essere raggiunto ed è desiderato per il fatto comunemente noto che l'accuratezza di una simulazione atomistica non è di gran lunga migliore del potenziale che si utilizza." prevedono gli scienziati.

"Poiché si pensa che il grafene sia il più forte tra tutti i materiali conosciuti, è desiderabile utilizzare tali strutture di carbonio a bassa dimensione come blocchi da costruzione per realizzare materiali e strutture ingegneristiche tridimensionali (3-D) che possono ereditare le loro proprietà superbe. In realtà, lo scale-up porta a un sostanziale degrado delle proprietà che desideriamo mantenere. L'enorme divario deriva dalle caratteristiche di legame dissimili tra gli atomi di carbonio all'interno del grafene o dei CNT e i materiali ingegneristici 3D progettati:il legame intra-struttura è di natura covalente, mentre l'incollaggio van der Waals domina tra diversi strati/tubi o con altri materiali, " aggiungono. "Per utilizzare appieno le straordinarie proprietà meccaniche del grafene nell'applicazione ingegneristica del grafene, restano molte sfide da affrontare. È un peccato che molti ricercatori si concentrino sul lato positivo del grafene, i meccanici sono più preoccupati per l'affidabilità e la durata del materiale nella pratica ingegneristica che distingue un materiale dai suoi concorrenti."