Folding and crumpling of graphene under biaxial compression

J.A. Baimova, B. Liu, K. Zhou
Received: 12 May 2014; Revised: 04 July 2014; Accepted: 16 July 2014
Citation: J.A. Baimova, B. Liu, K. Zhou. Folding and crumpling of graphene under biaxial compression. Letters on Materials, 2014, 4(2) 96-99
BibTex   DOI: 10.22226/2410-3535-2014-2-96-99

Abstract

 This paper studies the effect of biaxial compression on the mechanical properties of three-dimensional structure con-sist of six graphene flakes with interlayer distance two times bigger than this of graphite. The folding and crum-pling of graphene sheets under loading and unloading is studied. It is found that considered material cannot be elas-tically deformed even for low strain values. It is shown that wide ripples which appear at the first deformation stages transform to the sharp folds due to the van der Waals in-teraction between graphene sheets. The ridges and corners of folds have the highest potential energy and atoms with two nearest neighbors are concentrated in the edges of folds. Presented results can be applied to the investigations of crumpled grapheme properties, which is of high impor-tance for energy storage, electronics and composites.

References (41)

1.
J. Yan, Y. Xiao, G. Ning, T. Wei and Z.Fan. RSC Advances.3, 2566 (2013).
2.
L. Xiao, J. Damien, J. Luo, H.D. Jang, J. Huang, Z.He. Journalof Power Sources. 208, 187 (2012)
3.
S. Cranford, M. Buehler. Phys.Rev. B. 84, 205451 (2011).
4.
Y. Zhu, et al. Science. 329, 1537 (2011).
5.
J. Luo, et al. ACS Nano. 5, 8943 (2011).
6.
J. Miller, R. Outlaw, B. Holloway. Science. 329, 1637 (2010).
7.
S. Stankovich, et al. Nature. 442, 282 (2006).
8.
 T. Ramanathan, et al. Nature Nanotech. 3, 327 (2008).
9.
  O.C.  Compton, S.  Kim, C.  Pierre, J.M.  Torkelson,S.T. Nguyen. Adv. Mater. 22, 4759 (2010).
10.
J. Zang, S. Ryu, N. Pugno, Q. Wang, Q. Tu, M.J. Buehler,X. Zhao.Nat. Mater. 12, 321 (2013).
11.
V. Rosato, M. Celino, G. Benedek, S. Gaito. Phys.Rev. B.60, 16928 (1999).
12.
A. Lundin, B. Sundqvist. Phys.Rev. B. 53, 8329 (1996).
13.
O.F. Yagafarov, E.L. Gromnitskaya, A.G. Lyapin, et al. J.of Phys.: Conference Series. 215, 012054 (2010).
14.
A. Ansari, B. Motevalli, A. Montazeri, S. Ajori. Solid StateCommun. 151, 1141 (2011).
15.
H.  Sasakia, T.  Hagia, K.  Shintani. MRS Proceedings.(2010) mrsf12-1505-w10–27 (2013).
16.
C. Liu, Z. Yu, D. Neff, A. Zhamu, B.Z. Jang. Nano Letters.10, 4863 (2010).
17.
X. Zhang, B. Wang, J. Sunarso,et al. Wiley InterdisciplinaryReviews: Energy and Environment. 1(3), 317 (2012).
18.
A.  Fasolino, J.  Los, M.  Katsnelson. Nat. Mater. 6, 858(2007)
19.
W.  Bao, F.  Miao, Z.  Chen, H.  Zhang, et al. NatureNanotechnology. 4, 562 (2009).
20.
J. Baimova, S. Dmitriev, K. Zhou. Phys. Status Solidi B.249 (7), 1393 (2012).
21.
F.  Scarpa, S.  Adhikari, A.J.  Gil, C.  Remillat.Nanotechnology. 21, 125702 (2010).
22.
K.  Kim, Z.  Lee, B.  Malone, K.  Chan, B.  Aleman, et al.Phys.Rev. B. 83, 245433 (2011).
23.
J. Meyer, A. Geim, M. Katsnelson, K. Novoselov, T. Booth,S. Roth. Nature. 446, 60 (2007).
24.
R. Kaner, L. Viculis, J. Mack. Science. 299, 1361 (2003).
25.
X. Shi, N. Pugno, H.Gao. Journal of Computational andTheoretical Nanoscience. 7, 1 (2010).
26.
M. Zwierzycki. J. Phys. Condens. Matter. 26 (13), 135303(2014).
27.
G. Gui, J. Zhong, Z.Ma. J. of Physics: Conference Series.402, 012004 (2012).
28.
P.  Partovi-Azar, N.  Nafari, M.  Reza Rahimi Tabar.Phys.Rev. B. 83, 165434 (2011).
29.
S. Plimpton. J. Comput. Phys. 117, 1 (1995).
30.
S. Stuart, A. Tutein, et al. J. Chem. Phys. 112, 6472 (2000).
31.
Z. Xu, M. Buehler. Nanotechnology. 20, 185701 (2009).
32.
C.D.  Reddy, A.  Ramasubramaniam, V.B.  Shenoy,Y.W. Zhang, Appl. Phys. Lett. 94, 101904 (2009).
33.
A.K. Singh, R.G. Hennig. Phys.Rev. B. 87, 094112 (2013).
34.
H. Wang, M. Upmanyu. Phys.Rev. B. 86, 205411 (2012).
35.
B.  Liu, J.A.  Baimova, S.V.  Dmitriev, X.  Wang, H.  Zhu,K. Zhou.J. Phys. D-Appl. Phys. 46 (30), 305302 (2013).
36.
E.A.  Belenkov, V.A.  Greshnyakov. Phys. Solid State. 55(8), 1754 (2013).
37.
E.A. Belenkov, I.V. Shakhova. Phys. Solid State. 53 (11),2385 (2011).
38.
J.A. Baimova, B. Liu, S.V. Dmitriev, K. Zhou. pss (RRL).8, 336 (2014).
39.
A. Lobkovsky, S. Gentges, H. Li, D. Morse, T.A. Witten.Science. 270, 1482 (1995).
40.
T. Tallinen, J.A. Astrom, et al. Nat. Mater. 8, 25 (2009).
41.
K.  Matan, R.B.  Williams, T.A.  Witten, S.R.  Nagel.Phys.Rev. Lett. 88, 076101 (2002).

Cited by (8)

1.
Baimova J.A., Korznikova E.A., Dmitriev S.V., Liu B., Zhou K., Reviews on Advanced Materials Science 39(1), 69-83 (2014).
2.
Korznikova E.A., Baimova J.A., Dmitriev S.V., Korznikov A.V., Mulyukov R.R., Reviews on Advanced Materials Science 39(1), 92-98 (2014).
3.
Рысаева Л.Х., Баимова Ю.А., Фундаментальные проблемы современного материаловедения 12(4), 439-443 (2015).
4.
Баимова Ю.А., Дмитриев С.В., Известия высших учебных заведений. Физика 58(6), 42-46 (2015).
5.
Baimova J.A., Fan Q., Zeng L., Wang Z., Dmitriev S.V., Feng X., Zhou K., Journal of Nanomaterials 2015, 186231 (2015).
6.
Баимова Ю.А., Фундаментальные проблемы современного материаловедения 11(4-2), 562-566 (2014).
7.
Baimova J.A., Effect of external influences on the strength and plasticity of metals and alloys, 93-94 (2015).
8.
Корзникова Е.А., Баимова Ю.А., Дмитриев С.В., Известия высших учебных заведений. Физика 58(6), 61-66 (2015).