ナノスケール材料：自発的な自己引き裂きと基板からの自己剥離によるグラフェンリボンの自己組織化

グラフェンやグラフェン関連の二次元材料は、通常とは異なる並外れた機械的特性を示し、折り紙のような折りたたみや切り紙のような切断との類似性が実証されている。紙の類似体としては、巨視的なシートと二次元固体の決定的な違いは、二次元固体の薄さが分子スケールであるため、大きな面外運動の熱活性化が可能なことである。これまで、熱活性によって、例えば遊離したグラフェンシートに局所的なしわが発生し、このしわがグラフェンの安定性の理論的理解に役立つことや、意外な長距離曲げ剛性を生じることが示されてきた。今回我々は、熱活性化が二次元固体の挙動にさらに著しい影響を及ぼし、巨視的に近いスケールでの自発的かつ自己駆動的なすべり、引き裂き、基板からの剥離につながり得ることを示す。我々は、スケーラブルなナノインプリント型接触法によって、周囲条件で制御された形状のグラフェンリボンの同時自己組織化の核形成と方向付けができることを実証した。我々はまた、熱力学的な力が、多層グラフェンシートを剥離して引き裂くのに十分な強さで、基板との接触の代わりにグラフェン–グラフェン界面の形成を駆動する機構を示す単純な破壊力学モデルを通して、今回の観察結果を説明する。今回の結果は、単純なグラフェンの折りたたみ構造が弱い物理的な表面力を利用して集中させて、最強の共有結合を引き裂く機構を示している。この効果は、二次元材料系デバイスのパターニングや機械的作動への利用が期待できると思われる。

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