近日，國家納米科學(xué)中心的方英課題組發(fā)展了一種新穎的，可以直接、實(shí)時(shí)觀測石墨烯在聚合物中相變的方法。他們巧妙地把Pristine石墨烯夾心在只有幾百個(gè)納米厚的聚合物基質(zhì)中。當(dāng)體系溫度高于聚合物的玻璃化溫度時(shí)，石墨烯開始發(fā)生卷曲，而且這種相變不可逆。更有趣的是，石墨烯還可以主動折疊成雙層/三層結(jié)構(gòu)，且層層之間的重疊沿表面擴(kuò)展達(dá)到微米量級，拉曼光譜進(jìn)一步表明層層之間有強(qiáng)的電子態(tài)偶合。另一方面，經(jīng)過氧化的石墨烯即使在更高的溫度也不發(fā)生類似反應(yīng)，這表明Pristine石墨烯本身的不穩(wěn)定性是相變的內(nèi)因。
據(jù)介紹，新型納米材料石墨烯，由于其呈現(xiàn)出的優(yōu)越電學(xué)和機(jī)械性能而受到廣泛的關(guān)注。石墨烯是一層單原子平面二維晶體，但完美的二維結(jié)構(gòu)在有限溫度下是不能穩(wěn)定存在的。近期理論模擬和透射電鏡實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出了可能的解釋，即石墨烯平面上存在納米級別的微觀扭曲。但這些納米級別的扭曲能在多大程度上穩(wěn)定石墨烯，或者換個(gè)角度，在什么樣的條件下能引發(fā)石墨烯的相變，目前還沒有任何相關(guān)實(shí)驗(yàn)報(bào)道，而穩(wěn)定性的研究對石墨烯的應(yīng)用至關(guān)重要。
方英課題組的研究表明，在未來石墨烯-聚合物復(fù)合材料的應(yīng)用中，可通過在石墨烯中引入一定程度的缺陷幫助其維持在聚合物基質(zhì)中二維結(jié)構(gòu)，否則當(dāng)溫度高于聚合物的玻璃化溫度時(shí)，復(fù)合材料會因石墨烯的卷曲和褶皺而失去其理想的光學(xué)、機(jī)械、和導(dǎo)電率特性。
該項(xiàng)研究工作對于探索二維原子晶體的熱動力學(xué)特性具有重要的指導(dǎo)意義。相關(guān)結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在4月3日的《納米快報(bào)》（Nano Letters）。上述研究工作得到中國科學(xué)院院長特別基金的支持。
（《納米快報(bào)》（Nano Letters），DOI: 10.1021/nl900681n，Qiang Li，Ying Fang）
