Если удастся создать массовый метод производства таких материалов, экспериментальные графеновые накопители энергии и нанокомпозиты получат сильный толчок вперёд.

Пекка Коскинен (Pekka Koskinen) из Ювяскюльского университета (Финляндия) предложил новый вид наноструктур — графеновый «картон».

По сути, это графеновые листы, уложенные в волнообразную поверхность, — эдакий гофрированный графен.

Чтобы структура не деформировалась, предлагается с двух сторон защищать её обычными плоскими листами материала.

Рис. 1. Графеновый композит нового типа будет состоять из волнообразного среднего и двух плоских внешних слоёв. (Здесь и ниже иллюстрации Pekka Koskinen).

Недавно экспериментально было показано, что

на графеновых листах при определённых условиях естественным образом возникают складки вроде тех, что можно наблюдать на тонкой ткани. По мнению финского материаловеда, такие складки можно зафиксировать, связав сложенные листы между собой и с плоскими графеновыми «стенками» с помощью ковалентных связей, вносимых в материал облучением или химической функционализацией.

Попробовав смоделировать возможные свойства такого графенокартона, г-н Коскинен пришёл к выводу, что

в зависимости от периодичности волн и их размеров все качества нового материала, включая механические, могут быть заметно изменены управляемым образом.

В частности, увеличивая нагрузку, изгибающую модифицируемый графеновый лист, можно сделать волны как плоскими, так и синусооборазными или даже грибовидными и сплющенными. В результате эти четыре «фазы» графенового картона будут иметь разную прочность и неодинаковую функциональность в составе электродов аккумуляторов различных типов или конденсаторных пластин.

И благодаря большей, чем у обычного (плоского) графена, площади поверхности графенокартон, работающий в таких устройствах, скорее всего, будет обладать куда более высокими показателями.

Рис. 2. Фазовая диаграмма графенового картона. В зависимости от усилия, прилагаемого к деформируемому материалу, волны, образующиеся на его поверхности, будут иметь разную форму.

Прикладывая разные усилия при формировании «гофрографена», можно получить конечный продукт разной степени эластичности. Причём различия между наименее и наиболее эластичными типами такого «нанокартона» будут примерно десятикратными, утверждает исследователь. Среди других экзотических свойств смоделированного материала выделяется возможность реализации у него отрицательного значения коэффициента Пуассона. То есть при приложении к нему нагрузки материал, вероятно, будет становиться толще в направлении, перпендикулярном усилию, как если бы он был полимером из ауксетиков. Материалы такого типа имеют особые механические свойства: легко поглощают большие количества механической энергии и эффективно сопротивляются разрушению. Создание обладающего такими качествами нанокомпозита на графеновой основе открыло бы новую страницу в целом ряде практических приложений.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Applied Physics Letters.