折疊多次的紙張比相同長度的平紙能夠承載更多的重量。類似地，折疊也可以增強石墨烯的機械性能。

隸屬于UNIST的國際研究團隊發(fā)現(xiàn)，折疊是將大面積單層石墨烯薄膜納入聚合物復(fù)合材料的有效策略，這樣做可以改善機械強化。

這一突破由杰出教授RodneyS.Ruoff及其多維碳材料中心（CMCM）研究小組領(lǐng)導(dǎo)，該研究小組位于UNIST基礎(chǔ)科學(xué)研究所（IBS）內(nèi)。來自意大利特倫托大學(xué)的教授和來自KAIST的SeunghwaRyu教授和StefanoSignetti博士提供了理論和建模，補充了Ruoff教授小組的實驗結(jié)果。

該研究小組報告說，他們成功地將A5尺寸，400納米厚的聚碳酸酯薄膜折疊了一半12次。他們的研究結(jié)果表明，這種使用折疊的新方法為包含折疊石墨烯的最終復(fù)合材料片提供了顯著的額外硬化，強化和韌化。

“這項工作源于我對折疊的興趣。當(dāng)布蘭妮加利文于2002年成為加利福尼亞州的一名高中生時，她證明了一張長約1200米的單張紙可以折疊成十二次，”魯夫教授?！霸谒晒χ埃瑐鹘y(tǒng)上認為紙張或其他材料可以折疊成一半的最大次數(shù)是7次-包括當(dāng)時最優(yōu)秀的數(shù)學(xué)家。”

“Ruoff教授和我決定嘗試折疊石墨烯，其上附有一層薄薄的聚合物層，這樣我們也可以嘗試使用更小的起始材料來實現(xiàn)12倍，”IBS研究所的BinWang博士說。

使用水-空氣界面，王博士首先將A5尺寸，400納米厚的聚碳酸酯薄膜折疊成12次，產(chǎn)生毫米厚的散裝材料-這是一項有趣的成就。然后，他將大面積單層石墨烯薄膜“填充”到折疊層壓板中，開始使用A5尺寸的400納米厚的聚碳酸酯薄膜，但現(xiàn)在涂有單層A5尺寸的石墨烯，這是由Haofei教授通過化學(xué)氣相沉積生長的施和同事來自中國重慶綠色智能技術(shù)研究所。

“當(dāng)拉上石墨烯時，石墨烯是最堅硬的材料之一，如果它能夠制成無缺陷材料，那將是最強的材料之一。因此，優(yōu)化其在復(fù)合材料中的加入是一項重要的科學(xué)挑戰(zhàn)，”杰瑞教授說道?！巴醪┦窟€將這種A5大小的聚碳酸酯和石墨烯雙層板折疊了12次，這意味著最終的復(fù)合結(jié)構(gòu)中存在2^12層，因此有4096層石墨烯，橫向尺寸約為3mmx2mm，厚度約3mm。“

機械測試需要最終折疊樣品的較大長度x寬度（也可以是較薄的）樣品。因此，Wang制作了一系列樣品，每個樣品有10個折疊（而不是12個），并使用“三點彎曲測試”來研究它們的機械響應(yīng)。石墨烯的體積分數(shù)非常低，僅為0.085％（小于1000份中的1份），楊氏模量（固有剛度），強度（材料破壞時的應(yīng)力）和韌性模量（破壞樣品時消耗的能量）折疊復(fù)合材料的平均增強率分別為73.5％，73.2％和59.1％。僅從石墨烯褶皺中，楊氏模量增加了24.2％，強度增加了25.4％，韌性模量增加了14.5％。請注意，這些值是團隊建模的下限。

這些實驗結(jié)果也通過理論與意大利特倫托大學(xué)Pugno教授團隊提供的建模相結(jié)合進行了合理化?！斑@種折疊在加強和加強復(fù)合材料方面起著特殊的作用，”Pugno教授說。“與堆疊但不連續(xù)的層的模擬相比，折疊結(jié)構(gòu)可以承受更大的彎曲力，這可以通過折疊的附加約束產(chǎn)生的改進的層-層相互作用來解釋?！?br/>
來自KAIST的Ryu教授和StefanoSignetti博士提供了理論，使用有限元建模（FEM）來模擬折疊層壓板的彎曲，并發(fā)現(xiàn)折疊配置相對于堆疊配置提供了更高的彎曲剛度，相當(dāng)于1024層嵌入式石墨烯“折疊給出的附加約束導(dǎo)致復(fù)合板中存儲的特定變形能量更高，并且與具有相同堆疊層數(shù)但沒有折疊的板相比，在相同的施加位移處的彎曲力也更高，”來自KAIST的博士后研究員Signetti博士。

“這項工作中提出的模型可能有助于設(shè)計嵌入多層三維復(fù)合材料中的其他種類的二維材料，這種材料可以在大尺寸下實現(xiàn)，”杰瑞教授說?！俺藱C械加固外，折疊層壓板還有其他潛在的應(yīng)用。”