近日，国家纳米科学中心的方英课题组发展了一种新颖的，可以直接、实时观测石墨烯在聚合物中相变的方法。他们巧妙地把Pristine石墨烯夹心在只有几百个纳米厚的聚合物基质中。当体系温度高于聚合物的玻璃化温度时，石墨烯开始发生卷曲，而且这种相变不可逆。更有趣的是，石墨烯还可以主动折叠成双层/三层结构，且层层之间的重叠沿表面扩展达到微米量级，拉曼光谱进一步表明层层之间有强的电子态偶合。另一方面，经过氧化的石墨烯即使在更高的温度也不发生类似反应，这表明Pristine石墨烯本身的不稳定性是相变的内因。
据介绍，新型纳米材料石墨烯，由于其呈现出的优越电学和机械性能而受到广泛的关注。石墨烯是一层单原子平面二维晶体，但完美的二维结构在有限温度下是不能稳定存在的。近期理论模拟和透射电镜实验结果给出了可能的解释，即石墨烯平面上存在纳米级别的微观扭曲。但这些纳米级别的扭曲能在多大程度上稳定石墨烯，或者换个角度，在什么样的条件下能引发石墨烯的相变，目前还没有任何相关实验报道，而稳定性的研究对石墨烯的应用至关重要。
方英课题组的研究表明，在未来石墨烯-聚合物复合材料的应用中，可通过在石墨烯中引入一定程度的缺陷帮助其维持在聚合物基质中二维结构，否则当温度高于聚合物的玻璃化温度时，复合材料会因石墨烯的卷曲和褶皱而失去其理想的光学、机械、和导电率特性。
该项研究工作对于探索二维原子晶体的热动力学特性具有重要的指导意义。相关结果已经发表在4月3日的Nano Letters ASAP (
http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/nl900681n )。上述研究工作得到中国科学院院长特别基金的支持。
