Depuis sa découverte, Le graphène a attiré l'attention des scientifiques et des ingénieurs pour ses nombreuses propriétés extraordinaires. Mais l'oxyde de graphène - un dérivé oxydé du graphène - a été largement considéré comme le cousin inférieur du graphène.

"Le graphène est si parfait, " a déclaré Jiaxing Huang de Northwestern Engineering. " Et l'oxyde de graphène est plus défectueux, alors c'est comme le plus faible, version moins excitante du graphène."

Maintenant, une équipe de la Northwestern University a découvert que les défauts apparemment indésirables de l'oxyde de graphène donnent étonnamment lieu à des propriétés mécaniques intéressantes. Dirigé par Horacio Espinosa, le professeur James N. et Nancy J. Farley en fabrication et entrepreneuriat à la McCormick School of Engineering de Northwestern, les chercheurs ont utilisé une approche d'expérimentation et de modélisation unique pour devenir les premiers à examiner la mécanique de ce matériau auparavant ignoré au niveau atomique. Ce qu'ils ont découvert pourrait potentiellement révéler le secret d'une augmentation réussie de l'oxyde de graphène, un domaine qui a été limité parce que ses éléments constitutifs n'ont pas été bien compris.

"Notre équipe a découvert que l'oxyde de graphène présente une déformation plastique remarquable avant de se briser, " dit Espinosa. " Le graphène est très fort, mais il peut se casser d'un coup. Nous avons trouvé que l'oxyde de graphène, cependant, se déformera d'abord avant de finir par se briser."

Huang compare la différence dans les propriétés des matériaux aux objets communs. "La céramique est solide, " il dit, "mais si vous le cassez, ça va se briser. Maintenant, si un gobelet en plastique est pressé, il se pliera avant de se casser."

Soutenu par le Army Research Office et le programme Designing Materials to Revolutionize and Engineer Our Future de la National Science Foundation, la recherche est décrite dans le numéro du 20 août de Communication Nature . En plus d'Espinosa, Jiaxing Huang de Northwestern Engineering, professeur agrégé de science et ingénierie des matériaux, et SonBinh T. Nguyen, professeur de chimie au Weinberg College of Arts and Sciences, sont co-chercheurs principaux du projet. Le boursier postdoctoral Xiaoding Wei et les étudiants diplômés Rafael A. Soler-Crespo et Lily Mao sont les co-premiers auteurs de l'article.

L'équipe a découvert que la plasticité de l'oxyde de graphène est due à une réaction mécanochimique inhabituelle. L'oxyde de graphène comprend deux atomes de carbone et un atome d'oxygène, une formation connue sous le nom d'époxyde. Cela peut être imaginé comme un triangle avec deux atomes de carbone à la base et un atome d'oxygène au sommet. Lorsque les liaisons d'un époxyde sont rompues chimiquement, les liaisons carbone-oxygène se rompent, laissant intacte la liaison carbone-carbone. L'équipe de recherche, cependant, ont découvert que lorsqu'une force mécanique était appliquée à l'oxyde de graphène, la liaison carbone-carbone s'est rompue en premier, laissant les liaisons carbone-oxygène en place.

"Nous avons découvert cette surprise à l'échelle atomique, " a déclaré Nguyen. "C'est complètement différent de ce qui se produit dans d'autres matériaux et une propriété très inhabituelle pour la feuille d'oxyde de graphène."

Connaître le fonctionnement de l'oxyde de graphène à l'échelle atomique pourrait permettre aux chercheurs d'ajuster les propriétés du matériau. L'équipe Northwestern étend désormais ses recherches à la compréhension des propriétés mécaniques des interfaces oxyde de graphène-polymère, ce qui est essentiel à la mise à l'échelle du matériel.

"Nos études impliquent que les réponses à l'augmentation de l'oxyde de graphène peuvent résider, en partie, à la chimie au niveau atomique, " a déclaré Espinosa. "Avec plus d'informations obtenues à différentes échelles de longueur ainsi que des progrès dans les méthodes de synthèse, nous finirons par reconstituer le puzzle."