柱状石墨烯结构增益强度，韧性和延展性

赖斯大学科学家介绍，石墨烯片材之间的碳纳米管柱可以在整个三个方面具有独特的强度，韧性和延展性平衡。交叉点的五个，七个或八个原子环可以强迫石墨烯皱纹。

在一个新出版的研究中，赖斯大学的科学家揭示了石墨烯片之间的纳米管柱可以产生混合结构，在所有三个方面的不同强度，韧性和延展性平衡。

碳纳米材料现在是平板，纳米管和球体的常见，并且它们被用作混合结构中的构建块，具有独特的电子设备，热传输和强度。米饭团队通过分析块的接合量如何影响所需材料的性质，对这种结构铺平了理论基础。

米材料科学家Rouzbeh Shahsavari和校友Navid Sakhavand计算了各种环节，特别是在碳纳米管和石墨烯之间的各种环节如何影响最终的混合动力车的所有方向。他们发现，与由层状石墨烯制成的材料相比，引入连接点将增加额外的灵活性，同时保持与材料制成的材料相比的几乎相同的强度。

它们的结果本周在碳碳中出现。

碳纳米管是原子完美六边形的卷起;石墨烯是相同的卷出片。两者都是超强的，并且在传递电子和热量时得到卓越。但是当两个连接时，排列的方式可以影响所有这些性质。

“一些实验室正在积极尝试制造这些材料或衡量单一纳米管和石墨烯板材的力量，”Shahsavari说。“但我们希望看到发生的事情和定量地预测石墨烯和纳米管的混合动力版本的性质。这些混合结构赋予其父母结构 - 石墨烯和纳米管中不存在的新特性和功能。“

为此，实验室组装了“柱状石墨烯纳米结构”的三维计算机模型，类似于先前研究中建模的硼 - 氮化物结构，以分析层之间的热传递。

“这次我们对全面了解3-D碳材料的弹性和非弹性特性的综合了解，以测试其机械强度和变形机制，”Shahsavari说。“我们将3-D杂交结构与2-D堆叠的石墨烯片和1-D碳纳米管的性能进行了比较。”

他说，层状的石墨烯片材的性质使其在平面内的性质，但是从片材上表现出小的刚度或热传导。但是柱状石墨烯模型显示出远远更好的强度和刚度，面外延展性的改善42％，在不破裂的情况下在压力下变形的能力。Shahsavari表示，后者允许柱状石墨烯沿面外方向表现出显着的韧性，该特征在2-D堆叠的石墨烯片或1-D碳纳米管中不可能。

研究人员计算了原子原子的固有能量力如何强制六边形，这取决于它们与邻居的连接方式。通过强制五，七个甚至八个原子戒指，他们发现它们可以通过混合动力车的机械性能来获得控制的衡量标准。Shahsavari表示，以石墨烯片中的强制皱纹增加了褶皱的方式转动纳米管，增加了柔韧性和剪切顺应性。

当物质骨折时，研究人员发现它更有可能发生在八个成员的戒指中，在其中大部分应力时会在压力时聚集在一起。这导致概念可以在特定情况下调整混合动力车以失败。

“这是第一次创造了这样一个综合原子的”镜头“，以查看3-D碳纳米材料的结介导性质，”Shahsavari说。“我们认为原理可以应用于其他低维材料，例如氮化硼和钼/钨或其组合。”

Shahsavari是米饭的民用和环境工程助理教授，米饭中的材料科学和纳米工程。

赖斯大学，国家科学基金会（NSF），国家卫生研究院和IBM共享大学研究奖支持了该研究。研究人员使用了大米Ken Kennedy信息技术研究所给药的NSF支持的Davinci超级计算机。

出版物：Rouzbeh Shahsavaria和Navid Sakhavand，“结配置诱导的机制在杂交碳纳米材料中控制弹性和无弹性变形，”碳，第95卷2015年12月，第699-709页; DOI：10.1016 / J.Carbon.2015.08.106