与钢相比，石墨烯的重量约为钢的6倍，强度约为钢的200倍。这些特性使它成为制造业中最受欢迎的材料。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois At Urbana-Champaign)的研究人员最近发现，石墨烯片的更多特性可能对该行业有利。
来自航空航天工程系的博士生Soumendu Bagchi和他的导师，来自机械科学与工程系的哈克·本·周(Huck Beng Chew)与来自机械科学与工程系的哈利·约翰逊(Harley Johnson)合作，发现了扭曲的石墨烯薄片的特性，以及它们在不同温度和尺寸下的稳定性。
我们把注意力集中在两个石墨烯薄片上，它们相互叠在一起，但有一个扭转的角度。我们在不同温度下对不同尺寸的石墨烯薄片进行了原子模拟。利用这些模拟得出的结论，我们建立了一个分析模型——你可以插入任何尺寸的薄片，任何扭转角度，这个模型将预测它所具有的局部稳定状态的数量，以及达到这些状态所需的临界温度。
Soumendu Bagchi博士，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校Grainger工程学院航空航天工程系博士生
双层石墨烯以未扭曲的伯纳堆积结构存在，Bagchi说。这种结构也是结晶六角形石墨的重复堆积顺序。扭转双层石墨烯后，石墨烯往往会恢复到初始状态，因为初始状态是原子最稳定的状态和排列方式。
当扭曲的原子结构被加热时，它倾向于向后旋转，但是在特定的温度下，有一些神奇的扭曲角度使结构保持稳定。还有一个大小依赖。
Soumendu Bagchi博士，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校Grainger工程学院航空航天工程系博士生
“令人兴奋的是我们的工作是什么,取决于石墨烯的尺寸表,我们可以预测你会多少稳定状态,神奇的扭角在这些稳定状态,以及扭曲的石墨烯所需温度的范围从一个稳定状态过渡到另一个地方,”巴格奇补充道。
Chew指出，制造商们一直在努力制造石墨烯晶体管，而石墨烯的双绞线具有有趣的电子特性。在制造石墨烯晶体管时，必须知道什么温度会刺激材料实现特定的机械响应或旋转。
“他们已经知道石墨烯片具有一定的电子性能，而以一定角度添加第二张石墨烯片会产生新的独特性能。”但是单个原子薄片并不容易操作。从根本上说，这项研究回答了石墨烯片在热载荷作用下扭曲行为的问题，并对原子水平上的自对准机制和力提供了见解，”Bagchi说。
“这可能为制造商实现对2D材料结构扭转角的精细控制铺平道路。”他们可以直接将参数插入模型，以了解达到特定扭曲状态所需的必要条件，”Bagchi补充道。
Bagchi说，这种材料的2D特性以前没有被研究过。这项研究是一项基础研究，始于一个不同的项目，当时他偶然发现了一些奇怪的东西。
他注意到石墨烯片表现出一定的温度依赖性。我们想知道它为什么会这样——不像普通的材料。在普通材料中，界面通常是非常坚固的。石墨烯的界面非常脆弱，允许层间滑动和旋转。观察这种有趣的温度依赖关系是没有计划的。这就是科学发现的美。
赫克·本·周，美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校Grainger工程学院航空航天工程系教授
这项研究由AFOSR航空材料极端环境项目和国家科学基金会资助。
