Une pression de gaz a été appliquée à une membrane de graphène froissée pour la faire gonfler et se raidir. Le résultat? La pression du gaz a révélé que ce matériau de carbone atomiquement mince - universellement supposé être solide et rigide - a un "côté plus doux". La réduction plus importante que prévu de la rigidité avec un froissement accru a amené les chercheurs à affiner leur compréhension de la mécanique du matériau.

La découverte de la mécanique douce dans un matériau dur donne aux ingénieurs un « bouton » pour le réglage des propriétés. C'est-à-dire, changer la forme du graphène, ou degré de froissement, modifie sa rigidité. Les matériaux peuvent être soumis à une ingénierie de contrainte pour des applications dans lesquelles une rigidité moindre est souhaitable, tels que les composants de vélo, dans lequel une rigidité réduite fonctionne comme une suspension naturelle pour amortir une conduite difficile, ou des pièces d'avion, dans lequel les matériaux moins fragiles sont moins sujets à une défaillance catastrophique.

Bien que le graphène soit considéré comme un matériau 2D, il n'existe jamais dans un état parfaitement plat. Comme une peau ridée, lorsque ce carbone atomiquement mince est synthétisé, par n'importe quelle technique, il est froissé. Au Centre des sciences des matériaux en nanophase, des scientifiques ont soumis une membrane de graphène à un gaz sous pression pour la faire gonfler, étirant ses rides et permettant de mesurer les propriétés élastiques à différents degrés de froissement. Les expériences étaient particulièrement difficiles en raison de la minceur de la membrane. Les scientifiques ont utilisé la spectroscopie Raman pour mesurer les changements de déformation du graphène (révélés par les spectres vibrationnels, ou signatures d'interactions entre atomes) et la profilométrie interférométrique pour mesurer la topographie de surface du graphène froissé (déflexions de quelques microns selon l'axe vertical, c'est à dire., perpendiculaire au plan du graphène parfaitement plat).

Ces techniques complémentaires permettent aux chercheurs d'examiner le même échantillon de différentes manières pour acquérir une nouvelle compréhension de ce qui se passe lorsque le graphène fléchit. Ils ont découvert une relation non linéaire inattendue entre la force appliquée à une membrane de graphène froissée et la distance qu'elle dévie par rapport à ce que la théorie prédit pour un graphène parfaitement plat. Cela signifie qu'au départ le matériau cède facilement mais devient progressivement plus rigide au fur et à mesure qu'il se déforme (dans ce cas, lorsque la membrane de graphène se gonfle en réponse à la pression du gaz). "Plus doux, " ou moins rigide, les matériaux de carbone pourraient être avantageux dans de nombreuses applications d'ingénierie, tels que les matériaux de structure qui sont moins susceptibles de développer des fissures et peuvent céder avant d'atteindre le point de rupture. Ces matériaux « froissés » pourraient s'avérer supérieurs aux matériaux solides mais cassants qui échouent de manière catastrophique.