近日，國家納米科學中心的方英課題組發展了一種新穎的，可以直接、實時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納米厚的聚合物基質中。當體系溫度高于聚合物的玻璃化溫度時，石墨烯開始發生卷曲，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/三層結構，且層層之間的重疊沿表面擴展達到微米量級，拉曼光譜進一步表明層層之間有強的電子態偶合。另一方面，經過氧化的石墨烯即使在更高的溫度也不發生類似反應，這表明Pristine石墨烯本身的不穩定性是相變的內因。
據介紹，新型納米材料石墨烯，由于其呈現出的優越電學和機械性能而受到廣泛的關注。石墨烯是一層單原子平面二維晶體，但完美的二維結構在有限溫度下是不能穩定存在的。近期理論模擬和透射電鏡實驗結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定石墨烯，或者換個角度，在什么樣的條件下能引發石墨烯的相變，目前還沒有任何相關實驗報道，而穩定性的研究對石墨烯的應用至關重要。
方英課題組的研究表明，在未來石墨烯-聚合物復合材料的應用中，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中二維結構，否則當溫度高于聚合物的玻璃化溫度時，復合材料會因石墨烯的卷曲和褶皺而失去其理想的光學、機械、和導電率特性。
該項研究工作對于探索二維原子晶體的熱動力學特性具有重要的指導意義。相關結果已經發表在4月3日的《納米快報》（Nano Letters）。上述研究工作得到中國科學院院長特別基金的支持。
（《納米快報》（Nano Letters），DOI: 10.1021/nl900681n，Qiang Li，Ying Fang）
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