Американські вчені експериментально визначили і підтвердили розрахунками енергію згинання плівки з багатошарового (до 12 шарів) графена. Виявилося, що при кутах більше 40 градусів шари ковзали один відносно одного без тертя і кожна з площин володіла одним і тим же значенням жорсткості при вигині (близько півтора електронвольт). А жорсткість графена з десяти шарів виявилася на три порядку нижче, ніж передбачали звичні методи механіки тонких плівок. Дослідження опубліковано в журналі.
Графен поєднує в собі гнучкість, міцність, електронну провідність і легковажність, що робить його привабливим матеріалом для створення гнучких електронних пристроїв і нанороботів. Однак механічні властивості графенових матеріалів, які важливо враховувати при розробці нових пристроїв, все ще не до кінця вивчені.
Едмунд Хан (Edmund Han) з колегами з Іллінойського університету в Урбана-Шампейні створили гетероструктури зі сходів з гексагонального нітриду бору різної висоти, вкритих плівкою багатошарового графену (товщиною від одного до 12 шарів), і вивчали їх жорсткість при вигині. За допомогою просвічуючого растрового електронного мікроскопа автори отримали по 22 зображення зразків багатошарового графену з різним числом шарів на поверхні гексагонального нітриду бору товщиною до 19 шарів. Профіль вигину графена оцінювали за радіусом кривизни і кутом вигину.
Дослідники оцінили, як конформація (положення атомів у просторі) багатошарового графена змінюється залежно від його товщини і висоти сходинки з гексагонального нітриду бору. Чим вищий ступінь - тим більший кут вигину, а чим більше графенових шарів, тим більше радіус кривизни. Вчені спостерігали кути від восьми з половиною градусів до 63 градусів і радіус кривизни, порівнянний з внутрішнім радіусом нанотрубки - один нанометр.
Автори дотримувалися моделі, згідно з якою конформація залежить від енергій конкуруючих процесів: адгезії між поверхнями графена і нітрида бору і вигинання графена.
Дослідники виявили, що при вигині на кути понад 40 градусів жорсткість кожного шару ставала однаковою (півтора електронвольти), а вся структура вела себе як стопка ковзних без тертя шарів. Ці результати показують, що при великих кутах згинання графенові шари починають зсуватися один відносно одного без тертя. Жорсткість при вигині графена з десяти шарів виявилася всього 18 електронвольт - на три порядку нижче, ніж передбачали звичні методи механіки тонких плівок.
Результати дослідження стануть у нагоді в розробці почесних матеріалів і пристроїв на їх основі, нових сильновигнутих наносистем і орігамі-структур. Автори також зазначають, що хоч в обговорюваній роботі досліджували поведінку графена, аналогічним чином можуть згинатися й інші подібні матеріали з Ван-дер-Ваальсовими зв'язками.
Раніше вчені розробили спосіб контрольованого складання одношарового графена. За допомогою голки скануючого тунельного мікроскопа автори зачіпляли край острівця і загибали його, утворюючи двошарову структуру із заокругленим згином, який за структурою та електронними властивостями нагадував нанотрубку.