En termes d'attention que le graphène a été reçue au cours de la dernière décennie, aucun matériau n'est comparable. Alors que l'intérêt et l'enthousiasme pour la recherche sur le graphène se poursuivent, il appelle à un examen critique de la fiabilité et de la durabilité des applications activées par le graphène ; la mécanique du graphène devient donc essentielle pour résoudre les problèmes connexes.

En pratique, défauts résultant de la thermodynamique ou introduits par la fabrication, naturellement ou artificiellement, jouer le rôle central dans les comportements mécaniques du graphène. Plus important, La haute résistance n'est qu'un aspect des magnifiques propriétés mécaniques du graphène :sa nature mince d'un atome conduit à une rigidité à la flexion ultra-faible et donne lieu à une morphologie riche et est cruciale pour le contrôle de la morphologie.

Dans un nouvel article de synthèse publié dans le journal basé à Pékin Revue scientifique nationale , scientifiques de l'Institut de mécanique, Académie chinoise des sciences, Pékin, Chine, et l'Université du Colorado, Rocher, NOUS., présenter les dernières avancées théoriques de la nanomécanique du graphène. Les co-auteurs Yujie Wei et Ronggui Yang ont résumé les avancées actuelles sur la mécanique des défauts du graphène, et la théorie pour capturer la déformation hors du plan. Ils ont examiné la relation entre les propriétés structurelles et mécaniques du graphène, en termes d'élasticité, force, pliant, et les rides, avec ou sans l'influence des imperfections. Les scientifiques ont également souligné certains défis et les directions de recherche potentielles sur la nanomécanique du graphène.

"La résistance intrinsèque du graphène monocouche est d'environ 100 GPa, au moins deux ordres de grandeur supérieurs à la plupart des matériaux d'ingénierie. Le matériau solide est également de nature douce - le graphène peut être facilement plié pour former une riche morphologie tridimensionnelle sous une ondulation mécanique ou même thermique. Ces caractéristiques frappantes rendent le graphène d'applications potentielles allant des systèmes nanométriques aux matériaux composites macroscopiques.

« En raison de la thermodynamique, le graphène de grande surface est également défectueux. Les défauts activés thermiquement sont généralement de faible niveau énergétique, comme vacance de point et anneaux 5-7-7-5, et 5-8-5 anneaux. Les grands incluent les joints de grains et les bords libres. La mécanique de ces défauts typiques du graphène et leur influence sur la résistance sont les tâches centrales pour aborder la relation structure-propriétés mécaniques du graphène. »

Lorsque l'énergie de déformation résultant de l'inadéquation thermique est suffisamment grande pour surmonter leur adhérence, la couche de graphène se déforme pour former des rides, assouplit sa compression dans le plan aux dépens de l'énergie interfaciale due au délaminage et à l'énergie de flexion dans les rides. Les rides peuvent se former à la fois pendant la croissance et le processus de transfert qui sont très difficiles à libérer.

Le froissement du graphène pourrait être décrit en utilisant la théorie du continuum pour les feuilles élastiques minces. Ils déclarent.

"Pour le graphène cultivé ou transféré sur un substrat, un plissement de l'élément ultra-mince peut se produire lors de la compétition de flexion et de décohésion. Les deux caractéristiques sont importantes car la morphologie affecte fortement les performances d'une telle feuille de graphène. Une prédiction précise sur la morphologie et ses manipulations repose sur une description précise de l'interaction vdW entre le graphène et le substrat, ce qui est loin d'être atteint et est souhaité pour le fait bien connu que la précision d'une simulation atomistique n'est de loin pas meilleure que le potentiel que l'on utilise", prédisent les scientifiques.

"Puisque le graphène est considéré comme le plus résistant parmi tous les matériaux connus, il est souhaitable d'utiliser de telles structures en carbone de faible dimension comme blocs de construction pour réaliser des matériaux et des structures d'ingénierie tridimensionnels (3-D) qui peuvent hériter de leurs superbes propriétés. En réalité, la mise à l'échelle conduit à une dégradation substantielle des propriétés que nous souhaitons conserver. L'énorme écart provient des caractéristiques de liaison différentes entre les atomes de carbone dans le graphène ou les NTC et les matériaux d'ingénierie 3-D architecturés :la liaison intra-structure est de nature covalente, tandis que le collage de van der Waals domine entre différentes couches/tubes ou avec d'autres matériaux, " ils ajoutent. " Pour utiliser pleinement les propriétés mécaniques étonnantes du graphène dans l'application d'ingénierie du graphène, il reste de nombreux défis à relever. C'est malheureux alors que de nombreux chercheurs se concentrent sur le bon côté du graphène, les mécaniciens sont plus préoccupés par la fiabilité et la durabilité du matériau dans la pratique de l'ingénierie qui se démarquent de ses concurrents."