Hoe maak je grafeenpapier?

Koolstofvezels werden in de jaren vijftig ontwikkeld en hebben sindsdien een revolutie teweeggebracht in het ontwerp, de fabricage en de prestaties van alles, van jachten en vliegtuigen tot auto's en fietsen.

Nu, 60 jaar later, lijkt een nieuw materiaal een vergelijkbare impact te hebben: grafeenpapier.

Op dit moment is het alleen mogelijk om grafeen te maken in kleine stukjes. Dus de truc bij het opschalen is om manieren te vinden om deze vellen te stapelen en ze aan elkaar te hechten om iets groters te maken. Het probleem is dat nog niemand deze prestatie heeft geleverd.

Vandaag berekenen Yilun Liu en vrienden van de Tsinghua Universiteit in Peking uit de eerste beginselen hoe zo'n materiaal eruit zou kunnen zien.

De truc om grafeenpapier sterk te maken, is manieren te vinden om kleine vellen grafeen end-to-end aan elkaar te binden om een ​​groter vel te maken, maar ook om lagen aan elkaar te binden door middel van verbindingen ertussen. Veel biologische materialen gebruiken dezelfde truc om hun sterkte te vergroten, materialen zoals botten, tanden en parelmoer.

Natuurlijk zijn deze materialen zo sterk als hun zwakste schakel. Dus Yilun en co hebben berekend wat voor sterkte we kunnen verwachten van grafeenpapier.

Hun antwoord is dat het afhangt van de soorten verknopingen, hun sterkte, aantal en of ze snel hervormen nadat ze zijn verbroken, zoals epoxy- en hydroxylgroepen doen.

Deze aanpak stelt ingenieurs in staat om het materiaal dienovereenkomstig te ontwerpen. In feite kan het nieuwe model ook worden gebruikt om andere papiersoorten te ontwerpen, dus het kan mogelijk zijn om de eigenschappen van allerlei dunne, gelaagde vellen te verbeteren.

Het model van Yilun en co doet een aantal interessante voorspellingen. Er staat bijvoorbeeld dat de verbindingen tussen grafeenlagen de afstand ertussen vergroten, waardoor de dichtheid tot ongeveer de helft van die van grafiet wordt verminderd. Dus grafeenpapier wordt niet alleen sterk, maar ook heel licht.

Het enige dat nu nodig is, is iemand om door te gaan en een blad van dit spul te maken. En als het ooit goedkoop en gemakkelijk genoeg kan worden gemaakt, zullen we het overal zien - zowel binnen als buiten ons lichaam.

Referentie: arxiv.org/abs/1105.0138 : Mechanische eigenschappen van grafeenpapier

Je kunt de Physics arXiv Blog nu volgen op Twitter

zich verstoppen