Китайські дослідники знайшли спосіб позбутися складок у шарах графенового паперу. Для цього вони занурювали матеріал у пластифікатор, розтягували, після чого виймали і сушили під натягненням. В результаті вчені змогли підвищити межу міцності на розтягнення в 4,7 рази в порівнянні з вихідним матеріалом, а електричну провідність - в 1,62 рази. Композити на основі графенового паперу можуть використовуватися в якості конструкційних матеріалів для аерокосмічної промисловості. Дослідження опубліковано в журналі.
Графен має важливі властивості: високою провідністю, механічною міцністю, м'якістю і низьким опором при вигині. Ці властивості роблять графен привабливим для створення міцних композитних матеріалів з високою тепло- і електропровідністю. Однак впровадження окремих шарів графена не дозволяє надати кінцевому матеріалу необхідну гнучкість або достатню міцність. Одне з можливих рішень проблеми - створення графенового паперу.
Для створення графенового паперу сьогодні використовують або плазмохімічне осадження з газової фази, або відновлення суспензії оксиду графена у воді. Однак в обох випадках аркуші оксиду графена в такому папері містять складки. Це нерівності поверхні, які погіршують механічні властивості графенового паперу. Її жорсткість при вигині, наприклад, зменшується більш ніж у 40 разів порівняно зі звичайним графеном, а межа міцності - до 453 мегапаскалів.
Китайські вчені під керівництвом професора Чао Гао (Chao Gao) з Чжецзянського університету з'ясували, як боротися з цією проблемою. Вони зробили з графенового паперу довгу стрічку, схожу на фотоплівку. Її кінці намотали на обертові валики, а центральну частину помістили в розчин пластифікатора за допомогою інших валиків. При цьому швидкість розташованих по краях стрічки валиків можна було регулювати. Залежно від співвідношення швидкостей валиків дослідники регулювали силу натягнення стрічки. Вчені розтягували її на вісім відсотків від початкової довжини, поки стрічка перебувала в розчині пластифікатора. Як пластифікатор дослідники вибрали етанол, молекули якого пов'язували шари оксиду графена за допомогою водневих зв'язків.
Після пластифікації вчені висушували матеріал під натягненням, щоб не допустити утворення складок. У результаті автори отримали розпрямлену конформацію графенового паперу з поліпшеними механічними і провідними властивостями. Межа міцності такого паперу виявився рівний 1,1 гігапаскаль - в 4,7 рази вище, ніж у конформації зі складками. Модуль Юнга, який характеризує здатність матеріалу чинити опір деформуючим його силам, виріс в 7,93 рази. При цьому електрична провідність графенового паперу зросла на 62 відсотка - до 1,09 ст.1 105 сіменс на метр, а теплопровідність - в 2,58 рази, до 109,11 ват на метр на кельвін.
Потім дослідники спробували створити на основі розпрямленого графенового паперу композиційний матеріал. Для цього вони розміщували епоксидну смолу між двома шарами графенового паперу, після чого спресовували їх при 80 градусах Цельсія протягом 12 годин. Межа міцності такого композиту виявилася в 5,76 рази вище, ніж у вихідної епоксидної смоли. Його електрична провідність при цьому зросла вдвічі порівняно з аналогічним композитом, створеним на основі складчастого графенового паперу.
На основі такого розпрямленого графенового паперу дослідники зможуть надалі створити більш ефективні мембрани, що пропускають рідини і блокують струм газів. Завдяки високій межі міцності і низькій щільності - 1,4 грам на кубічний сантиметр - композити на основі графенового паперу можуть використовуватися в якості конструкційних матеріалів в аерокосмічній галузі.
Раніше дослідники використовували графеновий папір для іншої мети - створення суперконденсаторів. Для цього їм довелося зробити вуглецевий матеріал прозорим. Крім суперконденсаторів такий прозорий папір, імовірно, знайде застосування в сонячних батареях.