Superstarken Graphen hat eine Achillesferse

Aktualisiert um 12:31 Uhr ET.

Graphen ist oft angepriesen als ein Wunder-Material – es führt einfach Strom und es ist hundert Mal stärker als Stahl. Aber jetzt Tests von realen Proben von Graphen zeigen, dass zwar das Carbonmaterial möglicherweise das stärkste Material produziert heute, es auch so spröde wie normale Keramik ist.

Ergebnis? Es kann zu knacken.

Ein Team von Wissenschaftlern von der Rice University und das Georgia Institute of Technology getestet kleine Stücke von "Bilayer" Graphen, zwei Single-Atom-dicke Platten aus reinem Kohlenstoff, die Ruhe einer auf die andere durch die winzige Risse in ihnen mit fokussierten Strahlen von Ionen. Dann zog sie den Graphen, um zu sehen, wie schnell die Risse erweitert, bis das Material gebrochen. [8 chemische Elemente, die, denen Sie noch nie von gehört]

"Es ist sehr empfindlich auf [die] Anwesenheit von [a] Riss." Aus Stahl haben Sie einen Riss, ist es, es nicht so gefährlich. Stahl hat eine riesige Ausdehnung zu knacken. Graphen mehr wie Fensterglas, ist", sagte Ting Zhu, Associate Professor für Maschinenbau am Georgia Tech und einer der Autoren der Studie.

Das Maß für die Beständigkeit des Materials zu Rissen, genannt Bruchzähigkeit ist nicht nur die Zugfestigkeit – wie wahrscheinlich es ist, zu brechen, wenn auf zerrte. Er misst auch wieviel Bestrafung eine bestimmte Substanz vor Rissbildung ergreifen kann, wenn verdreht wird. Metalle, sind beispielsweise duktile; Es braucht einiges an verdrehen und verbiegen um einen Löffel zu brechen. Eine Stück Glas widersteht, verdrehen und nicht dehnen, aber es bricht schnell, wenn keine Verdrehung oder ziehende Kraft wird über eine bestimmte Schwelle angewendet, und auch ein winziger Riss wird es zerbrechen.

Zhu, arbeiten mit Jun Lou am Reis, gefunden, dass Graphen mit Rissen ist 10 Mal mehr anfällig für Brüche als Stahl und näher in Bruchzähigkeit Aluminiumoxid oder Silizium-Karbid-basierten Keramik.

Die relativ niedrige Bruchzähigkeit bedeutet, dass es nur einen kleinen Riss in einem Stück von Graphen dauert, es zu schwächen. Und so kleine Risse sind eine natürliche Folge der Herstellung von Graphen.

Graphen erfolgt auf verschiedene Arten, darunter chemische Dampf Absetzung, in denen Dampf ist erlaubt, abkühlen lassen und auf einer Oberfläche zu begleichen, und Peeling, in denen Graphit (abgeleitet aus dem Graphen) wird in einem Lösungsmittel gestellt. Die Blätter des Graphen im ersteren Fall groß sein können, aber sie sind nicht perfekt. Das entstehende Gitter aus Kohlenstoff-Atome, aus denen sich die Graphen hat kleine Mängel – ein Atom fehlt oder ist falsch hier und da. Die Mängel wird nicht viel Unterschied machen, wenn Sie Graphen als Leiter oder Halbleiter zu verwenden, aber für mechanische Anwendungen, wie zum Beispiel flexible Displays oder Steigerung der strukturellen Stärke aus anderen Materialien, die Unvollkommenheiten beginnen, egal.

Perfekte Graphen kann ca. 100 Gigapascals (14 Millionen Pfund pro Quadratzoll) Kraft zu nehmen, bevor es bricht. Aber die unvollkommene Graphen die Forscher gemacht kann nur einen winzigen Bruchteil davon etwa 4 Megapascal (580 Pfund pro Quadratzoll) standhalten.

Die Experimente sind nicht nur wichtig für die Untersuchung von Graphen. Andere Materialien, die auf eine zweidimensionale Struktur könnte in ähnlicher Weise, und als solche Verhalten die neue Forschung, detaillierte heute (29. April) in der Zeitschrift Nature Communications, wichtige Erkenntnisse bieten könnte.

"Diese Art der Modellierung kann angewendet werden, um viele andere 2D Materialien, wie z. B. Molybdän Disfulfide oder Bor Nitrid, zu studieren", sagt Zhu.

Anmerkung der Redaktion: Dieser Artikel wurde aktualisiert, um das letzte Zitat zu korrigieren, das Aluminium Schwefelwasserstoff statt Molybdän Disfulfide hatte.

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