Китайские учение синтезировали рекордно прочные тонкие пленки на основе графена. Смешав графен со слоистым черным фосфором (фосфореном) и органическим веществом, молекула которого содержит два плоских ароматических фрагмента, авторы смогли получить пленки с рекордным значением энергии предельной деформации в 52 мегаджоуля на кубический метр и в два раза улучшенными свойствами электро- и теплопроводности.

Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Графен, слой из углеродных атомов толщиной в один атом, обладает уникальными электронными и механическими свойствами, что потенциально делает его востребованным в большом количестве областей науки и техники. 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.

Недавно 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, чем он с 2014 года заинтересовал ученых.

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.