材料牛注：[布朗大學]–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，反復揉皺納米材料石墨烯，反而能增強它的一些特性。在某些情況下甚至是越皺越好。

布朗大學工程研究表明，石墨烯在經(jīng)過多重褶皺后，疏水性質會顯著提升──此性質在制造自凈表面時很有幫助。褶皺石墨烯還具有增強的電化學性能，這可能對電池和燃料電池的電極更加有利。

研究結果發(fā)表在雜志AdvancedMaterials.上。

【褶皺時代】

布朗大學工程研究員：RobertHurt和IanWong，兩位先前的工作為這次研究奠定了良好的基礎。團隊稍早表示，通過引入折皺到石墨烯，他們可以讓用于培養(yǎng)細胞的基片，轉變?yōu)楦裨隗w內的復雜環(huán)境。對于這個最新成果，一個博士后的研究團隊領導人：Po-YenChen教授表示他想建立結合褶皺的復雜結構。“我想看看是否有創(chuàng)造更高層次結構的可能，”陳教授說。

為了要做到這一點，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便會收縮的特性。當薄膜收縮時，在頂部的石墨烯就會被壓縮，使其產(chǎn)生褶皺。為了要觀察會產(chǎn)生什么樣的褶皺結構，研究人員便對同一石墨烯重復壓縮。在第一次收縮后，將膜溶解掉，然后取石墨烯置于另一個新的膜再繼續(xù)。

在連續(xù)幾次的收縮中，研究人員試驗了一些不同的配置。例如，有時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遍布它的表面。沒有夾住的薄膜則會在兩個維度收縮，即XY方向，產(chǎn)生出了隨機且皺巴巴的石墨烯表面。

在連續(xù)幾次的試驗方法中，該團隊也用了不同的收縮模式來測試。例如，他們可能會收縮同一片石墨烯，先是夾住薄膜、然后沒有夾住、最后再夾住。或者沒夾、夾緊、再松開。他們也在不同配置的收縮間轉動石墨烯，有時會使其垂直于原來的方向。

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。

布朗大學工程學院教授及論文通訊作者之一的RobertHurt教授說：「當你更深入探討時，你會發(fā)現(xiàn)更大的波紋結構，其蘊含了先前留下的原始小波紋結構。」

這個收縮是先夾住、松開、再夾住；另一個則是先不夾、再夾、再松開，兩者看起來顯然有所不同。另一篇論文的通訊作者王教授說：「操作的順序將會決定最終的結構。」「這不是像乘法二乘三相當于三乘二，材料具有『記憶性』，而且在我們利用不同的收縮排序時會得到不同的結果。」

研究者想出了一種源于不同收縮配置的結構分類法。接著他們測試了幾種結構，看看他們如何改變石墨烯層的特性。

【增強的特性】

研究人員發(fā)現(xiàn)，一個皺巴巴的石墨烯表面會變的超疏水──能夠防止表面附著水分。當水接觸到疏水表面時，便形成水珠并滑落（當這些水珠與表面的接觸角超過160度──意指極少的水珠表面能接觸到材料──該材料便被認為是超疏水性）。研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以用三個松開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性質，其有利于下一代的儲能和產(chǎn)能設備。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，將會提高400%的電化學電流密度。其在電流密度上的提升將會造就更多的高效電池。

「你并不需要一個新材料」，陳教授說：「你只需要將石墨烯弄皺。」

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。

該集團計劃繼續(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構。

王教授說：「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。」「所以其他材料或復合材料也能組成具有意想不到功能的特殊結構。」

這項研究是由布朗大學的種子基金支持。陳寶顏被Hibbit工程研究員計劃所贊助，他們支持優(yōu)秀博士后研究員，使其能順利過渡到成立一個獨立企業(yè)。JaskiranjitSodhi、YangQiu、ThomasM.Valentin、RubenSpitzSteinberg和ZhongyingWang博士分別為論文的合作作者。