伊利诺伊大学（UniversityofIllinois）工程师的最新研究将原子尺度的实验与计算机建模相结合，以确定弯曲多层石墨烯所需的能量。自从石墨烯首次被隔离以来，这个问题一直困扰着科学家。该发现发表在《自然材料》杂志上。

研究人员说，石墨烯是排列在晶格中的单层碳原子，是世界上最坚固的材料，其厚度如此之薄以至于具有柔韧性。它被认为是未来技术的关键要素之一。

当前对石墨烯的大多数研究都针对纳米级电子设备的发展。然而，研究人员说，从可伸缩电子设备到如此之小以至于用肉眼无法看到的微型机器人等许多技术都需要了解石墨烯的力学，特别是石墨烯如何弯曲和弯曲，以释放其潜力。

“材料的弯曲刚度是其最基本的机械性能之一，”材料科学与工程专业研究生和研究合著者EdmundHan说。“尽管我们已经研究石墨烯已有二十年了，但我们尚未解决这一非常基本的特性。原因是，不同的研究小组提出了不同的答案，涵盖了多个数量级。”

研究小组发现了为什么以前的研究工作不同意的原因。机械科学与工程学研究生和研究合著者JaehyungYu说：“他们要么弯曲材料，要么弯曲材料很多。”“但是，我们发现石墨烯在这两种情况下的行为有所不同。当稍微弯曲多层石墨烯时，它的行为更像是一块坚硬的板或一块木头。当您将其弯曲很多时，它的行为就像一堆纸，原子层可以互相滑过。”

机械科学与工程学和研究的合著者阿伦德·范德赞德说：“这项工作令人兴奋的是，它表明即使每个人都不同意，但它们实际上都是正确的。”“每个小组都在测量不同的东西。我们发现的是一个模型，通过显示它们如何通过不同程度的弯曲相互关联来解释所有分歧。”

为了制造弯曲的石墨烯，Yu将另一种二维材料六方氮化硼的单个原子层加工成原子级台阶，然后将石墨烯压在顶部。Han用聚焦的离子束切割了一片材料，并用电子显微镜对原子结构进行了成像，以查看每个石墨烯层的位置。

然后，该团队开发了一组方程式和模拟，以使用石墨烯弯曲的形状来计算弯曲刚度。

研究人员通过在仅一个步骤到五个原子高的步骤上覆盖多层石墨烯，就创造了一种可控且精确的方式来测量材料在步骤中以不同配置弯曲的方式。

材料科学与工程教授，研究合著者黄品珊（PinshaneHuang）表示：“在这种简单的结构中，弯曲石墨烯涉及两种力。”“粘附力或原子对表面的吸引力试图将材料拉下。材料越硬，它就会越弹回去，抵抗粘附力。石墨烯的形状占据了原子台阶编码有关材料刚度的所有信息。”

该研究系统地精确控制了材料弯曲的程度以及石墨烯的性能如何变化。

机械科学与工程学教授ElifErtekin表示：“由于我们研究了石墨烯弯曲量不同的情况，因此我们能够看到从一种状态到另一种状态的转变，从刚性到柔性，从板到板的行为。”研究。“我们建立了原子尺度的模型，以表明发生这种现象的原因是各个层之间可以相互滑动。一旦有了这个想法，我们就可以使用电子显微镜确认各个层之间的滑动。”

研究人员说，新的结果对创造一种足够小，足够灵活以与细胞或生物材料相互作用的机器产生了影响。

“细胞可以改变形状并响应其环境，如果我们想朝着具有生物系统功能的微型机器人或系统的方向前进，我们就需要拥有可以改变其形状并且非常柔软的电子系统，范德赞德说。“通过利用层间滑动，我们已经表明，石墨烯可以比相同厚度的传统材料软几个数量级。”