Обычными механизмами повышения ударной вязкости являются остановка трещин или пластическая деформация. Прочность новой графеновой пленки достигает 51,8 МДж*м -3, что является самым высоким показателем за всю историю исследований. Смешав графен со слоистым черным фосфором (фосфореном) и органическим веществом, молекула которого содержит два плоских ароматических фрагмента,стало возможно получить пленки с рекордным значением энергии предельной деформации.
Пленки на основе графена с высокой вязкостью имеют много перспективных применений, особенно для гибкого накопления энергии и портативных электрических устройств. Графеново-фосфорные пленки отличаются высокой прочностью на разрыв и отличной проводимостью, также демонстрируют высокую стабильность в окружающей среде и эффективность электромагнитного экранирования.
Плёнки графена могут использоваться для значительного повышения эффективности протонпроводящих мембран, которые являются важными компонентами технологии топливных элементов. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Графен называют сверхматериалом: он очень прочный, тонкий и является одним из самых полезных материалов в мире, его открытие сродни тем, которые вызывают технологическую революцию.
Структура графена представляет собой слой атомов углерода толщиной в один атом. Он в 200 раз прочнее стали и обладает высокой гибкостью при нагрузке.
Многие методы создания тонких пленок на основе графена не позволяют задавать тип взаимодействий между плоскостями листов, в результате чего напряжение в структуре распределяется неэффективно, и пленки получаются не очень прочными. Аналогично трехмерным, прочность двумерных материалов можно повысить предотвращая образование и рост трещин или создавая пластически деформируемые материалы.
Не так давно ученые показали, что различные связи между плоскостями, такие как водородные связи, ионные связи, π-π взаимодействия и ковалентные связи улучшают прочность графена. Такие межплоскостные эффекты могут не только предотвратить образование трещин в пленке, но и улучшить свойства, связанные с пластической деформацией.
Графен часто сравнивают с фосфореном — двумерным слоистым материалом из черного фосфора. В отличие от графена, у фосфорена есть запрещенная зона, ширину которой можно изменять, модифицируя структуру материала.
Вдохновившись структурой перламутра, который состоит из шестиугольных пластинок кристаллов карбоната кальция, расположенных параллельными слоями и связанными эластичными биополимерами, Тяньчжу Чжоу (Tianzhu Zhou) с коллегами из Бэйханьского университета синтезировали прочнейшую пленку из графена, фосфорена и связующего полимера. Они смешали суспензии оксида графена и фосфорена, отфильтровали смесь под вакуумом и сушили 12 часов при температуре 50 градусов Цельсия. Затем, чтобы избавиться от окисленных функциональных групп, восстановили йодоводородом и промыли этанолом. Полученные пленки поместили в раствор органического вещества (1-аминопирен-дисукцинимидил суберата), молекулы которого содержат два связанных плоских ароматических пиреновых участка, которые напоминают часть графенового листа.
Энергия предельной деформации (количество энергии, которое материал может поглотить до разрушения) полученного материала достигала рекордного значения — почти 52 мегаджоуля на кубический метр, а предел прочности на растяжение достигал 653 мегапаскалей. Конденсатор из нового материала оказался очень гибким, и даже после дести тысяч циклов сгибания на 180 градусов авторы не заметили ухудшения емкости
