浙江大学の研究者らが、新しいナノスケールの折り畳みロック機構を用いて、非常に強度の高いグラフェンフィルムを作製(ZJU researchers build exceptionally strong graphene films with new nanoscale fold locks)

2026-11-10 浙江大学(ZJU)

中国の浙江大学と清華大学の研究チームは、ナノスケールの折り目構造を利用して、極めて高い強度、靱性、弾性を兼ね備えたグラフェン膜を開発した。研究成果は2026年10月14日付で学術誌Natureに掲載された。従来のグラフェン膜は、積層したシート間が弱いファンデルワールス力で結合しているため、外力を受けると層同士が滑り、材料の破壊につながるという課題があった。研究チームは、酸化グラフェン分散液の反応温度を氷点下に制御することで、表面に微細な折り目を持つ多層フレークを形成した。この折り目が隣接する層同士をかみ合わせることで、層間の滑りを抑制し、力を効率的に伝達する。研究チームは、この仕組みを「Pull-to-Push」機構と名付けた。開発した膜の引張強度は2.9 GPaに達し、従来のグラフェン膜を約50%上回った。軽量性を維持しながら高強度と柔軟性を実現する新しい材料設計手法として、航空宇宙、電子材料、次世代構造材料などへの応用が期待される。

浙江大学の研究者らが、新しいナノスケールの折り畳みロック機構を用いて、非常に強度の高いグラフェンフィルムを作製(ZJU researchers build exceptionally strong graphene films with new nanoscale fold locks)
Schematic Diagram of the Force-Chain Conversion Mechanism in Pull-to-Push

<関連情報>

折り畳み構造により、グラフェンフィルムの優れた弾性強度が実現する Clasping folds enable superior elastic strength of graphene films

Lidan Wang, Yangchao Liao, Jingjie Huang, Chenwei Shen, Lu Chen, Xing Li, Degong Ding, Mingtao Zhang, Li Peng, Kaiwen Li, Peng Li, Yingjun Liu, Zhen Xu, Kai Pang, Zhiping Xu & Chao Gao
Nature  Published:14 October 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-026-11109-y

Abstract

Two-dimensional graphene sheets show strong potential for use in fabrication of macroscopic films, as they have exceptional mechanical properties owing to their in-plane strength1,2,3,4,5,6. Improvements in the stacking order of flat two-dimensional sheets have led to corresponding improvements in the strength and toughness of such films7,8,9,10,11. In addition, modulation of the spatial conformation of individual units has enabled the development of benchmark materials with superior properties12,13; however, this has remained elusive in the case of two-dimensional sheets. Here we report a strategy for preparation of graphene films with a combination of high strength (2.9 GPa), toughness (84.5 MJ m−3) and elastic strain (5%). We attribute these performance gains to a fold-clasping lamellar structure achieved by modular assembly of surface-folded multilayer graphene oxide flakes. We identify a pull-to-push transition of force chain topology and propose a shear-lock stress transfer strategy in the fold-clasping lamellar graphene film that enables advances in mechanical properties. This work demonstrates the modular design of spatial conformation of two-dimensional flakes on a large scale and further improves the performance of macroscopic films for potential applications in lightweight structural components.

0504高分子製品
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