Международная группа исследователей, среди которых были ученые из Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау, описала универсальную характеристику, в которой «спрятано» множество уникальных свойств графена. Более глубокое понимание механизмов необычного поведения графена поможет создать новые материалы на его основе.

Многие годы самые разные научные группы пытались описать поведение графена (листа углерода толщиной в один атом) при растяжении. Данная характеристика важна для создания практически любых приборов на его основе. Но до недавнего времени ученым это не удавалось. Различные расчеты давали противоречивые результаты.

Авторы новой работы вывели аналитически полную систему уравнений упругого баланса листа графена и выяснили, что его коэффициент Пуассона вообще не является постоянной величиной. Оказалось, он зависит от силы, с которой растягивается образец. При очень большой силе растяжения он ведет себя как обычный материал (положительный коэффициент Пуассона). Однако при малой — проявляет типично ауксетические свойства (отрицательный коэффициент Пуассона).

Взаимодействие между изгибными волнами и обычными волнами сжатия-растяжения при растяжении графена внешней силой изменяется. При большой растягивающей силе изгибные волны меньше влияют на параметры материала — доминируют волны растяжения, а при малой растягивающей силе опять сильно влияние изгибных волн. Это и меняет коэффициент Пуассона с отрицательного на положительный и обратно.

В «складках» вроде бы плоского двумерного углерода запасается дополнительная механическая энергия, которая и приводит к появлению у графена аномальной эластичности и других необычных свойств. Скажем, при нагревании графен начинает сжиматься в продольном направлении, так как все его тепловое расширение уходит в расправление поперечных складок.

Тот факт, что графен может растягиваться нормально или аномально в зависимости от приложенной силы, в перспективе поможет создать гиперчувствительные сенсоры — например, звуковые. Звуковые волны будут растягивать графеновую мембрану и в зависимости от степени натяжения заметно менять электрическое сопротивление двумерного углерода. Расчеты исследователей показывают, что чувствительность такого сенсора может оказаться просто фантастической.

Подробнее на chrdk.ru