石墨烯薄片在不同的温度下会扭曲

石墨烯的强度是钢的200倍，重量是钢的6倍。这些特性使它成为一种受欢迎的制造材料。研究人员伊利诺伊大学香槟分校发现石墨烯片的更多特性，可以使制造商受益。

博士生Soumendu Bagchi和他在航空航天工程系的导师Huck Beng Chew与机械科学与工程系的Harley Johnson合作，确定了扭曲的石墨烯薄片的行为及其在不同尺寸和温度下的稳定性。

Bagchi说:“我们集中研究了两块石墨烯薄片，它们相互叠在一起，但有一个扭曲的角度。”“我们在不同温度下对不同尺寸的石墨烯片进行了原子模拟。利用从这些模拟中得到的见解，我们开发了一个分析模型——你可以插入任何尺寸的薄片，任何扭曲角度，模型将预测它具有的局部稳定状态的数量，以及达到每种状态所需的临界温度。”

Bagchi说，双层石墨烯以未扭曲的伯纳尔堆叠结构存在，这也是结晶六方石墨的重复堆叠序列。当双层石墨烯被扭曲时，它会想要解开，回到原来的状态，因为那是原子最稳定的状态和位置。

“当扭曲的原子结构被加热时，它倾向于向后旋转，但有一定的神奇扭曲角度，使结构在特定温度下保持稳定。还有一个大小依赖关系。我们的工作令人兴奋的是，根据石墨烯片的大小，我们可以预测你会有多少个稳定状态，这些稳定状态下的神奇扭曲角，以及扭曲石墨烯从一种稳定状态转变到另一种稳定状态所需的温度范围。”

温度是理解石墨烯变化的关键

Chew说，制造商一直在尝试制造石墨烯晶体管，扭曲的石墨烯双层被认为具有令人兴奋的电子特性。在制造这些石墨烯晶体管时，重要的是要知道什么温度会激发材料以实现一定的旋转或机械响应。

“他们已经知道石墨烯薄片具有一定的电子性质，并且以一定的角度添加第二张薄片会产生新的独特性质。但是单个原子薄片并不容易操纵。从根本上说，这项研究回答了扭曲石墨烯薄片在热载荷下如何表现的问题，并在原子水平上提供了自对齐机制和力的见解。这可能为制造商实现对2D材料结构扭曲角度的精细控制铺平道路。他们可以直接在模型中插入参数，以了解实现特定扭曲状态所需的必要条件。”

Bagchi说，没有人研究过这样的材料的2D性质。这是一项非常基础的研究，一开始是一个不同的项目，当时他遇到了一些不寻常的事情。

Chew说:“他注意到石墨烯薄片显示出一些温度依赖性。”“我们想知道为什么它会这样表现——不像正常的材料。在普通材料中，界面通常非常牢固。石墨烯的界面非常脆弱，允许层滑动和旋转。观察这种有趣的温度依赖性并不是计划好的。这就是科学发现之美。”

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