自从石墨烯被发现以来，已经得到了科学家和工程师对它诸多非凡性能的关注。但是，氧化石墨烯——石墨烯的氧化衍生物——却很大程度上仅仅被视为石墨烯不重要的表弟。

“石墨烯太完美了，”美国西北大学工程学院的Jiaxing Huang说。 “而氧化石墨烯具有缺陷，所以它就像较弱的石墨烯较弱而不是那么令人激动的翻版。”

现在，西北大学的研究小组发现，石墨烯氧化物看似不令人想要的缺陷，其实有着令人兴奋的机械性能。这项研究由西北大学McCormick工程学院制造业和创业方面具有James N. 和 Nancy J. Farley教授头衔的Horacio Espinosa教授带领，研究人员采用了独特的实验和建模方法，在原子水平上，首个检测出这个被忽视的材料的力学性能。他们的发现有可能解开扩大石墨烯氧化物生产的秘密，而这一领域由于其构造不明而一直被限制。

“我们的研究小组发现，氧化石墨烯在破裂前可以表现出显着的塑性变形，”Espinosa说。 “石墨烯非常坚硬，但它可以在瞬间被打破。而我们发现氧化石墨烯会先变形，然后才会破裂。”

Huang将材料的属性的差异与普通目标相比。 “陶瓷很坚硬，”他说，“但如果你打破它，它就会碎裂。现在，如果一个塑料杯被挤压，在其折断前会先弯曲。”

本研究由美国陆军研究办公室，美国国家科学基金会的“设计材料革新和工程师我们的未来”所项目支持，研究发表在8月20日的《Nature Communications》杂志上。除了Espinosa，西北大学工程学院的材料科学与工程Jiaxing Huang副教授，和温伯格艺术与科学学院的化学系教授SonBinh T.Nguyen，都是项目的联合首席调查员。博士后研究员Xiaoding Wei和研究生Rafael A. Soler-Crespo和Lily Mao是本文的共同第一作者。

研究小组发现，氧化石墨烯的可塑性是由于不寻常的机械化学反应。石墨烯氧化物包含两个碳原子和一个氧原子，被称为环氧化物。这可以被想象成基座是两个碳原子，而氧原子在顶部的一个三角形。当环氧化物的键化学断裂，即碳-氧键断裂，留下完整的碳 - 碳键。但是，该研究小组发现，当机械力施加到石墨烯氧化物后，碳 - 碳键首先破裂，留下碳 - 氧键。

“我们在原子尺度上发现的这个惊喜，”Nguyen说。 “这是与发生在其他材料的完全不同，这对于氧化石墨烯薄片是一个非常不寻常的特性。”

在原子尺度了解氧化石墨烯的功能，可以使得研究人员有能力调整材料的性质。现在西北团队正进一步研究，以理解石墨烯氧化物 - 聚合物界面，这为了扩大材料生产至关重要。

“我们的研究显示，扩大石墨烯氧化物的答案可能在于原子水平的化学上，”Espinosa说。 “随着在不同的尺度，以及合成方法上获得进展的更多信息，我们将最终把拼图整合在一起。”

新材料在线编译整理——翻译：Gary       校正：摩天轮