材料牛注：[布朗大學(xué)]–揉皺一張紙，它大概就注定要被丟往垃圾桶；但新的研究顯示，反復(fù)揉皺納米材料石墨烯，反而能增強(qiáng)它的一些特性。在某些情況下甚至是越皺越好。

布朗大學(xué)工程研究表明，石墨烯在經(jīng)過(guò)多重褶皺后，疏水性質(zhì)會(huì)顯著提升──此性質(zhì)在制造自?xún)舯砻鏁r(shí)很有幫助。褶皺石墨烯還具有增強(qiáng)的電化學(xué)性能，這可能對(duì)電池和燃料電池的電極更加有利。

研究結(jié)果發(fā)表在雜志AdvancedMaterials.上。

【褶皺時(shí)代】

布朗大學(xué)工程研究員：RobertHurt和IanWong，兩位先前的工作為這次研究奠定了良好的基礎(chǔ)。團(tuán)隊(duì)稍早表示，通過(guò)引入折皺到石墨烯，他們可以讓用于培養(yǎng)細(xì)胞的基片，轉(zhuǎn)變?yōu)楦裨隗w內(nèi)的復(fù)雜環(huán)境。對(duì)于這個(gè)最新成果，一個(gè)博士后的研究團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)人：Po-YenChen教授表示他想建立結(jié)合褶皺的復(fù)雜結(jié)構(gòu)?！拔蚁肟纯词欠裼袆?chuàng)造更高層次結(jié)構(gòu)的可能，”陳教授說(shuō)。

為了要做到這一點(diǎn)，研究人員將氧化石墨烯沉積到收縮膜上──利用聚合膜在加熱時(shí)便會(huì)收縮的特性。當(dāng)薄膜收縮時(shí)，在頂部的石墨烯就會(huì)被壓縮，使其產(chǎn)生褶皺。為了要觀察會(huì)產(chǎn)生什么樣的褶皺結(jié)構(gòu)，研究人員便對(duì)同一石墨烯重復(fù)壓縮。在第一次收縮后，將膜溶解掉，然后取石墨烯置于另一個(gè)新的膜再繼續(xù)。

在連續(xù)幾次的收縮中，研究人員試驗(yàn)了一些不同的配置。例如，有時(shí)他們夾著薄膜相反的兩端，讓他們僅沿著單軸收縮。而固定薄膜產(chǎn)生的周期性石墨烯層，基本上平行的褶皺會(huì)遍布它的表面。沒(méi)有夾住的薄膜則會(huì)在兩個(gè)維度收縮，即XY方向，產(chǎn)生出了隨機(jī)且皺巴巴的石墨烯表面。

在連續(xù)幾次的試驗(yàn)方法中，該團(tuán)隊(duì)也用了不同的收縮模式來(lái)測(cè)試。例如，他們可能會(huì)收縮同一片石墨烯，先是夾住薄膜、然后沒(méi)有夾住、最后再夾住?；蛘邲](méi)夾、夾緊、再松開(kāi)。他們也在不同配置的收縮間轉(zhuǎn)動(dòng)石墨烯，有時(shí)會(huì)使其垂直于原來(lái)的方向。

研究小組發(fā)現(xiàn)，這種連續(xù)收縮的做法可以大大地壓縮石墨烯片，使他們縮小到原來(lái)尺寸的四十分之一。他們還表示，此方法可以沿著表面制作出一些有趣的圖案，例如：褶皺可以互相疊加到彼此身上。

布朗大學(xué)工程學(xué)院教授及論文通訊作者之一的RobertHurt教授說(shuō)：「當(dāng)你更深入探討時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)更大的波紋結(jié)構(gòu)，其蘊(yùn)含了先前留下的原始小波紋結(jié)構(gòu)?！?br/>
這個(gè)收縮是先夾住、松開(kāi)、再夾??；另一個(gè)則是先不夾、再夾、再松開(kāi)，兩者看起來(lái)顯然有所不同。另一篇論文的通訊作者王教授說(shuō)：「操作的順序?qū)?huì)決定最終的結(jié)構(gòu)?！埂高@不是像乘法二乘三相當(dāng)于三乘二，材料具有『記憶性』，而且在我們利用不同的收縮排序時(shí)會(huì)得到不同的結(jié)果。」

研究者想出了一種源于不同收縮配置的結(jié)構(gòu)分類(lèi)法。接著他們測(cè)試了幾種結(jié)構(gòu)，看看他們?nèi)绾胃淖兪拥奶匦浴?br/>
【增強(qiáng)的特性】

研究人員發(fā)現(xiàn)，一個(gè)皺巴巴的石墨烯表面會(huì)變的超疏水──能夠防止表面附著水分。當(dāng)水接觸到疏水表面時(shí)，便形成水珠并滑落（當(dāng)這些水珠與表面的接觸角超過(guò)160度──意指極少的水珠表面能接觸到材料──該材料便被認(rèn)為是超疏水性）。研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以用三個(gè)松開(kāi)的收縮褶皺做成超疏水石墨烯。

該小組還發(fā)現(xiàn)，褶皺可以提高石墨烯的電化學(xué)性質(zhì)，其有利于下一代的儲(chǔ)能和產(chǎn)能設(shè)備。研究顯示，相較于平坦的石墨烯層，若用褶皺石墨烯層作為電池電極時(shí)，將會(huì)提高400%的電化學(xué)電流密度。其在電流密度上的提升將會(huì)造就更多的高效電池。

「你并不需要一個(gè)新材料」，陳教授說(shuō)：「你只需要將石墨烯弄皺?！?br/>
除了電池和防水涂料，這種壓縮方式的石墨烯或許也能適用于可拉伸的電子器件──穿戴式傳感器。

該集團(tuán)計(jì)劃繼續(xù)用不同的生產(chǎn)方式在石墨烯和其他納米材料上制造結(jié)構(gòu)。

王教授說(shuō)：「不只是石墨烯，現(xiàn)在有許多新的二維納米材料也都具有一些有趣的性質(zhì)?！埂杆云渌牧匣驈?fù)合材料也能組成具有意想不到功能的特殊結(jié)構(gòu)?！?br/>
這項(xiàng)研究是由布朗大學(xué)的種子基金支持。陳寶顏被Hibbit工程研究員計(jì)劃所贊助，他們支持優(yōu)秀博士后研究員，使其能順利過(guò)渡到成立一個(gè)獨(dú)立企業(yè)。JaskiranjitSodhi、YangQiu、ThomasM.Valentin、RubenSpitzSteinberg和ZhongyingWang博士分別為論文的合作作者。