作者斯蒂芬妮·亚当斯，伊利诺伊大学香槟分校 双层石墨烯弯曲的图示
信用:布兰卡·詹妮克，平尚·黄实验室 伊利诺伊大学工程师的新研究将原子尺度实验与计算机建模相结合，以确定弯曲多层石墨烯需要多少能量——自石墨烯首次被分离以来，科学家们一直回避这个问题
这项发现发表在《自然材料》杂志上
研究人员说，石墨烯——排列在晶格中的单层碳原子——是世界上最强的材料，而且非常薄，具有柔韧性
它被认为是未来技术的关键要素之一
目前对石墨烯的研究大多针对纳米电子器件的开发
然而，研究人员表示，许多技术——从可伸展的电子设备到小到肉眼无法看到的微型机器人——都需要对石墨烯的力学有一个深入的了解，特别是它是如何弯曲和弯曲的，才能释放它们的潜力
材料科学与工程研究生、该研究的合著者埃德蒙·韩说:“材料的弯曲刚度是其最基本的力学特性之一。”
“尽管我们已经研究石墨烯20年了，但我们还没有解决这个非常基本的特性
原因是不同的研究小组得出了不同的答案，跨越了数量级
" 该团队发现了为什么以前的研究不一致
“他们要么把材料弯曲一点，要么弯曲很多，”机械科学与工程研究生、该研究的合著者于在贤说
“但我们发现石墨烯在这两种情况下表现不同
当你稍微弯曲多层石墨烯时，它的作用更像一块硬板或一块木头
当你把它弯曲很多的时候，它就像一堆纸，原子层可以互相滑过
" “这项工作令人兴奋的是，它表明，即使每个人都不同意，他们实际上都是正确的，”机械科学和工程教授和研究合著者阿伦德·范德赞德说
“每个小组都在测量不同的东西
我们所发现的是一个模型，通过显示它们如何通过不同程度的弯曲联系在一起来解释所有的分歧
" 为了制作弯曲的石墨烯，俞将六方氮化硼(另一种二维材料)的单个原子层制作成原子级台阶，然后在顶部冲压石墨烯
利用聚焦离子束，韩切下一片材料，用电子显微镜对原子结构成像，以观察每个石墨烯层的位置
该团队随后开发了一套方程和模拟，利用石墨烯弯曲的形状来计算弯曲刚度
研究生韩厚德(左)、伊利夫·埃尔特金(Elif Ertekin)教授、研究生于在亨(Jaehyung Yu)、平尚(Pinshane Y)教授
黄，前面，和Arend M教授
范德赞德已经确定了弯曲多层石墨烯需要多少能量——这个问题长期以来一直困扰着科学家
功劳:斯蒂芬妮·亚当斯 通过在一个只有一到五个原子高的台阶上覆盖多层石墨烯，研究人员创造了一种受控和精确的方法来测量材料在不同配置下如何弯曲台阶
“在这个简单的结构中，弯曲石墨烯涉及两种力，”材料科学与工程教授、该研究的合著者黄品尚说
“附着，或者说原子对表面的吸引力，试图把物质拉下来
材料越硬，它越会试图弹回，抵抗粘附的拉力
石墨烯占据原子台阶的形状编码了所有关于材料硬度的信息
" 这项研究系统地精确控制了材料弯曲的程度以及石墨烯的性质如何变化
“因为我们研究了弯曲程度不同的石墨烯，所以我们能够看到从一种状态到另一种状态的转变，从刚性到柔性以及从板到板的行为，”领导这项研究的计算机建模部分的机械科学和工程教授埃利夫·埃尔特金说
“我们建立了原子尺度的模型，以表明这种情况发生的原因是单个层可以相互滑动
一旦我们有了这个想法，我们就能够使用电子显微镜来确认各个层之间的滑移
" 研究人员说，新的结果对创造足够小和灵活以与细胞或生物材料相互作用的机器有意义
范德赞德说:“细胞可以改变形状并对环境做出反应，如果我们想向微型机器人或具有生物系统能力的系统的方向发展，我们需要能够改变形状并且非常柔软的电子系统。”
“通过利用层间滑移，我们已经表明石墨烯可以比相同厚度的传统材料软几个数量级
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