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石墨烯被譽(yù)為“奇跡材料”，因其極高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)異的導(dǎo)電性，在技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用潛力。然而，其固有的高剛度限制了在柔性場(chǎng)景中的應(yīng)用。奧地利維也納大學(xué)與維也納工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)近期取得重大突破，通過特殊處理使石墨烯像手風(fēng)琴一樣折疊起皺，首次顯著提升了其拉伸性能，相關(guān)成果最近發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）。 石墨烯是一種單原子層厚度的二維材料，其蜂窩狀結(jié)構(gòu)賦予其卓越性能，但也導(dǎo)致其剛性較強(qiáng)。過去的研究曾嘗試通過移除原子來降低剛度，但結(jié)果相互矛盾。維也納大學(xué)團(tuán)隊(duì)通過超潔凈無塵環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵在于材料表面的純凈度。當(dāng)石墨烯完全隔絕空氣和雜質(zhì)時(shí)，移除少量原子即可引發(fā)材料表面凸起，形成波紋結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在拉伸時(shí)更容易展平，從而大幅降低所需力度，使材料表現(xiàn)出更高的可拉伸性，團(tuán)隊(duì)將其稱為“手風(fēng)琴效應(yīng)”。 進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，雜質(zhì)的存在會(huì)抑制這一效應(yīng)，甚至使材料顯得更堅(jiān)硬，這解釋了此前實(shí)驗(yàn)的矛盾結(jié)果。維也納工業(yè)大學(xué)的理論模擬也驗(yàn)證了波紋結(jié)構(gòu)的形成及其對(duì)拉伸性能的影響。 這項(xiàng)研究不僅揭示了二維材料性能調(diào)控的新機(jī)制，還強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)環(huán)境的重要性。其成果為柔性電子設(shè)備（如可穿戴技術(shù)）的發(fā)展提供了新思路，未來有望通過設(shè)計(jì)特定結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯力學(xué)性能的精準(zhǔn)調(diào)控。 《賽特科技日?qǐng)?bào)》網(wǎng)站（https://scitechdaily.com） |
