2018年8月2日，迈克·威廉姆斯，莱斯大学
一幅图像描绘了莱斯大学材料科学家在电子显微镜下测试后的“钢筋石墨烯”样品。它展示了裂纹是如何曲折传播的，而不是像普通石墨烯中看到的那样笔直传播。“钢筋石墨烯”通过两侧的分子力附着在平台上，慢慢将材料拉开。图片:艾米莉·哈科潘/卢集团莱斯大学的研究人员发现，抗断裂的“钢筋石墨烯”是原始石墨烯的两倍多。
石墨烯是一片一个原子厚的碳。在二维尺度上，这种材料比钢更坚固，但是因为石墨烯太薄了，它仍然会被撕裂。
钢筋石墨烯是类似于混凝土中钢筋(钢筋)的纳米级类似物，其中嵌入的钢筋增强了材料的强度和耐久性。化学家詹姆斯·图尔的赖斯实验室在2014年开发的rebar石墨烯使用碳纳米管来增强。
在美国化学学会杂志的一项新研究中纳米活性碳材料科学家Jun Lou、研究生和主要作者Emily Hacopian以及包括Tour在内的合作者对钢筋石墨烯进行了压力测试，发现纳米管钢筋转移并桥接了裂纹，否则这些裂纹会在未增强的石墨烯中传播。
实验表明，纳米管有助于石墨烯保持拉伸性，并减少裂纹的影响。Lou说，这不仅对柔性电子设备有用，而且对电激活的可穿戴设备或其他需要应力容限、柔性、透明度和机械稳定性的设备也有用。
实验室的机械测试和分子动力学模拟，布朗大学的合作者揭示了这种材料的韧性。
Lou说，石墨烯优异的导电性使其成为器件的有力候选材料，但其脆性是一个缺点。他的实验室两年前报道说石墨烯只有最薄弱的环节那么坚固。这些测试表明原始石墨烯的强度“大大低于”其报道的固有强度。在后来的一项研究中，实验室发现研究人员感兴趣的另一种二维材料二硒钼也很脆。
tour与Lou和他的团队接触，对rebar graphene进行类似的测试，rebar graphene是通过将单壁纳米管旋涂到铜基底上，并通过化学气相沉积在其上生长石墨烯而制成的。
为了对钢筋石墨烯进行压力测试，Hacopian、Yang和他的同事们不得不将它撕成碎片，并测量施加的力。通过反复试验，实验室开发了一种方法来切割材料的微观碎片，并将其安装在测试台上，用于扫描电子显微镜和透射电子显微镜。
Hacopian说:“我们不能使用胶水，所以我们必须了解材料和我们的测试设备之间的分子间力。”。“用这种易碎的材料，真的很难。"
rebar没有阻止石墨烯最终失效，但是纳米管通过在裂纹传播时迫使裂纹曲折来减缓这一过程。当力太弱而不能完全破坏石墨烯时，纳米管有效地桥接了裂缝，在某些情况下保持了材料的导电性。
在早期的测试中，卢的实验室显示石墨烯具有4兆帕的天然断裂韧性。相反，rebar石墨烯的平均韧性为1070万帕斯卡，他说。
研究合著者高华健和他在布朗的团队进行的模拟证实了物理实验的结果。Gao的团队在模拟石墨烯中有序排列的钢筋时发现了与物理样品中钢筋指向各个方向时测量到的效果相同的效果。
Lou说:“这些模拟非常重要，因为它们让我们能够在显微镜技术无法提供的时间尺度上看到这个过程，这只能给我们提供快照。”。“布朗团队真的帮助我们了解了数字背后发生的事情。"
他说，rebar石墨烯的结果是许多新材料表征的第一步。Lou说:“我们希望这打开了人们为应用设计二维材料特性的一个方向。”。
缅因大学的哈科皮安、鹰巢·杨和布朗大学的博妮是该论文的共同牵头作者。合著者有李毅伦、赖斯的郭华、赖斯和郑州大学的李星以及北京大学的陈清。卢是赖斯大学的材料科学和纳米工程教授。tour是麻省理工学院和赵永福化学讲座教授，也是计算机科学、材料科学和纳米工程水稻教授。高是布朗大学的沃尔特·安伯格工程学教授。
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