圖片：上面是11倍石墨烯複合薄膜樣品，這可以再摺疊一次。
摺疊多次的紙張比相同長度的平紙能夠承載更多的重量。類似地，摺疊也可以增強石墨烯的機械性能。
隸屬於UNIST的國際研究團隊發現，摺疊是將大面積單層石墨烯薄膜納入聚合物複合材料的有效策略，這樣做可以改善機械強化。
這一突破由傑出教授Rodney S. Ruoff及其多維碳材料中心（CMCM）研究小組領導，該研究小組位於UNIST基礎科學研究所（IBS）內。來自意大利特倫託大學的教授和來自KAIST的Seunghwa Ryu教授和Stefano Signetti博士提供了理論和建模，補充了Ruoff教授小組的實驗結果。
該研究小組報告說，他們成功地將A5尺寸，400納米厚的聚碳酸酯薄膜摺疊了一半12次。他們的研究結果表明，這種使用摺疊的新方法為包含摺疊石墨烯的最終複合材料片提供了顯著的額外硬化，強化和韌化。
“這項工作源於我對摺疊的興趣。當布蘭妮加利文於2002年成為加利福尼亞州的一名高中生時，她證明了一張長約1200米的單張紙可以摺疊成十二次，”魯夫教授。“在她成功之前，傳統上認為紙張或其他材料可以摺疊成一半的最大次數是7次 - 包括當時最優秀的數學家。”
“Ruoff教授和我決定嘗試摺疊石墨烯，其上附有一層薄薄的聚合物層，這樣我們也可以嘗試使用更小的起始材料來實現12倍，”IBS研究所的Bin Wang博士說。
使用水 - 空氣界面，王博士首先將A5尺寸，400納米厚的聚碳酸酯薄膜摺疊成12次，產生毫米厚的散裝材料 - 這是一項有趣的成就。然後，他將大面積單層石墨烯薄膜“填充”到摺疊層壓板中，開始使用A5尺寸的400納米厚的聚碳酸酯薄膜，但現在塗有單層A5尺寸的石墨烯，這是由Haofei教授通過化學氣相沉積生長的施和同事來自中國重慶綠色智能技術研究所。
“當拉上石墨烯時，石墨烯是最堅硬的材料之一，如果它能夠製成無缺陷材料，那將是最強的材料之一。因此，優化其在複合材料中的加入是一項重要的科學挑戰，”傑瑞教授說道。“王博士還將這種A5大小的聚碳酸酯和石墨烯雙層板摺疊了12次，這意味著最終的複合結構中存在2 ^ 12層，因此有4096層石墨烯，橫向尺寸約為3 mm x 2 mm，厚度約3 mm。“
機械測試需要最終摺疊樣品的較大長度x寬度（也可以是較薄的）樣品。因此，Wang製作了一系列樣品，每個樣品有10個摺疊（而不是12個），並使用“三點彎曲測試”來研究它們的機械響應。石墨烯的體積分數非常低，僅為0.085％（小於1000份中的1份），楊氏模量（固有剛度），強度（材料破壞時的應力）和韌性模量（破壞樣品時消耗的能量）摺疊複合材料的平均增強率分別為73.5％，73.2％和59.1％。僅從石墨烯褶皺中，楊氏模量增加了24.2％，強度增加了25.4％，韌性模量增加了14.5％。請注意，這些值是團隊建模的下限。
這些實驗結果也通過理論與意大利特倫託大學Pugno教授團隊提供的建模相結合進行了合理化。“這種摺疊在加強和加強複合材料方面起著特殊的作用，”Pugno教授說。“與堆疊但不連續的層的模擬相比，摺疊結構可以承受更大的彎曲力，這可以通過摺疊的附加約束產生的改進的層 - 層相互作用來解釋。”
來自KAIST的Ryu教授和Stefano Signetti博士提供了理論，使用有限元建模（FEM）來模擬摺疊層壓板的彎曲，並發現摺疊配置相對於堆疊配置提供了更高的彎曲剛度，相當於1024層嵌入式石墨烯“摺疊給出的附加約束導致複合板中存儲的特定變形能量更高，並且與具有相同堆疊層數但沒有摺疊的板相比，在相同的施加位移處的彎曲力也更高，”來自KAIST的博士後研究員Signetti博士。
“這項工作中提出的模型可能有助於設計嵌入多層三維複合材料中的其他種類的二維材料，這種材料可以在大尺寸下實現，”傑瑞教授說。“除了機械加固外，摺疊層壓板還有其他潛在的應用。”
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