211service.com
Hur man gör grafenpapper
Kolfibrer utvecklades på 1950-talet och har sedan dess bidragit till att revolutionera design, tillverkning och prestanda för allt från yachter och flygplan till bilar och cyklar.
Nu, 60 år senare, ser ett nytt material ut att ha en liknande inverkan: grafenpapper.
För tillfället är det bara möjligt att göra grafen i små bitar. Så tricket med att skala upp det är att hitta sätt att stapla dessa ark och binda ihop dem för att göra något större. Problemet är att ingen ännu har lyckats med den här bedriften.
Idag beräknar Yilun Liu och kompisar vid Tsinghua University i Peking utifrån första principer hur ett sådant material kan se ut.
Tricket med att göra grafenpapper starkt är att hitta sätt att binda ihop små ark grafen från ände till ände för att göra ett större ark men också att binda ihop lager med bindningar mellan dem. Många biologiska material använder samma knep för att öka sin styrka, material som ben, tänder och pärlemor.
Naturligtvis är dessa material bara så starka som deras svagaste länk. Så Yilun och co har räknat ut vilken typ av styrka vi kan förvänta oss av grafenpapper.
Deras svar är att det beror på typerna av tvärbindningar, deras styrka, antal och om de reformeras snabbt efter att de har brutits som epoxi- och hydroxylgrupper gör.
Detta tillvägagångssätt tillåter ingenjörer att designa materialet därefter. Faktum är att den nya modellen kan användas för att designa andra papper också, så det kan vara möjligt att förbättra egenskaperna hos alla typer av tunna, skiktade ark.
Yilun och cos modell ger ett antal intressanta förutsägelser. Till exempel säger det att länkarna mellan grafenskikten kommer att öka avståndet mellan dem, och därigenom minska densiteten till ungefär hälften av grafitens. Så grafenpapper kommer inte bara att vara starkt utan också väldigt lätt.
Allt det behöver nu är att någon går vidare och skapar ett ark med det här. Och om det en dag kan göras tillräckligt billigt och enkelt kommer vi att se det överallt – både i och utanför våra kroppar.
Ref: arxiv.org/abs/1105.0138 : Mekaniska egenskaper hos grafenpapper
Du kan nu följa Physics arXiv Blog på Twitter