目前，高體積分?jǐn)?shù)的連續(xù)二維組件的對(duì)準(zhǔn)和裝配對(duì)于二維材料技術(shù)仍具有一定挑戰(zhàn)性。由美國(guó)麻省理工學(xué)院化學(xué)工程系 Michael S. Strano等人使用堆疊的方法來(lái)生產(chǎn)對(duì)齊的石墨烯/聚碳酸酯復(fù)合材料，該材料由320個(gè)約0.032mm - 0.11mm厚的平行層組成，顯著增加了有效的彈性模量和強(qiáng)度，而且體積分?jǐn)?shù)僅為0.082%。類似的橫向剪切滾動(dòng)的方法生成了阿基米德螺旋纖維，得到可伸縮的斷裂伸長(zhǎng)率為110%，大于芳綸的30倍之多。該復(fù)合材料保留了沿石墨烯平面軸導(dǎo)電的各向異性。在大量減少體積分?jǐn)?shù)的情況下這些復(fù)合材料可以保證高機(jī)械強(qiáng)度，電學(xué)和光學(xué)性能。

    納米復(fù)合材料的概念是由觀察得到的，填料顆粒增強(qiáng)加固否則就是像聚合物一樣形成輕而堅(jiān)固的復(fù)合材料（軟性材料）。Eshelby首先從數(shù)學(xué)上證明了在固體中形成橢球“包裹體”的可能性。然而，事實(shí)證明把納米顆粒插入有明顯間隙但排列緊密的材料內(nèi)是非常困難的。對(duì)于具有各向異性納米粒子，如血小板、納米纖維或碳納米管，在在一個(gè)非常低的體積分?jǐn)?shù)的時(shí)候增加的填料也可以增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度，因?yàn)轭w?？梢匝刂鴥A斜應(yīng)變軸排列。對(duì)于板填料如石墨烯或其他二維材料，唯一的限制可以認(rèn)為是縱橫比，對(duì)齊的板接近無(wú)窮大。往最小的板添加每單位質(zhì)量材料的時(shí)候，緊密排列、半無(wú)限大的納米或原子板厚接近最大的機(jī)械強(qiáng)度。用化學(xué)氣相沉積法去創(chuàng)造單元電池或原子薄層如石墨烯或其他二維材料去檢測(cè)a趨于無(wú)窮的限制的可能性最近才成為可能，這些材料可以跨越做測(cè)試用復(fù)合材料的最大維度。在這項(xiàng)工作中，我們介紹了兩個(gè)制造方法，可以把薄層分子和大的復(fù)合材料層疊加，處理的規(guī)模呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。一種類似的剪切滾動(dòng)方法創(chuàng)建了阿基米德單層滾動(dòng)纖維。這種生產(chǎn)材料的方法在結(jié)合了最小體積分?jǐn)?shù)填料的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)的同時(shí)，展示了a趨向于無(wú)窮時(shí)的限制。

    圖1 用對(duì)齊的半無(wú)限大的CVD石墨烯來(lái)制備 G / PC復(fù)合材料

    （A）4 J堆積法構(gòu)造4 J復(fù)合材料：（I）自旋PC溶液涂層和蝕刻銅；（II）堆積i層G/ PC薄膜；（III）切割并折疊；（IV）在37Mpa和155℃堆疊和熱壓（B到D）由i=9（3570 nm /層，V G≈0.009%）平面組成的復(fù)合材料的SEM圖像，分別取J = 1和J = 2（E）橫向剪切滾動(dòng)納米復(fù)合纖維的方法（E1）鋪在Si／SiO2基上的G / PC薄膜。（E2）薄膜的一端由于玻璃毛細(xì)管而產(chǎn)生折疊。（E3）薄膜受到兩Si/SiO2片的橫向剪切力開始滾動(dòng)。（E4）滾動(dòng)纖維的橫截面為阿基米德螺旋形。（F）纖維2的光學(xué)顯微鏡圖像，直徑（d）= 160+ 4μm。（G到I）橫截面直徑d = 131+3μm的纖維的SEM圖像。比例尺分別為 20、 10 和 5 毫米。

    圖2  G/PC復(fù)合材料的拉曼光譜研究

    （A）G / PC復(fù)合材料的拉曼光譜（1層）和PC矩陣控制。2D峰值強(qiáng)度和G峰值強(qiáng)度的比值（I2D/ IG）= 2.1，表示了單層石墨烯的單層性質(zhì)。在1350cm?1處的D帶說(shuō)明了cvd石墨烯多晶的性質(zhì)，共振增強(qiáng)后的石墨烯拉曼截面是PC的18000倍大（fig. S4A）（B）G / PC復(fù)合材料在i分別取1、9、144時(shí)的拉曼光譜（V G≈0.030%）；光譜強(qiáng)度進(jìn)行歸一化處理。（C）G / PC 復(fù)合材料在V G≈0.009和0.030%時(shí)的-lg（I2D / n）除以n的圖形。

    圖3  G /PC平面和滾動(dòng)纖維納米復(fù)合材料的力學(xué)特性

    （A）2個(gè)40層復(fù)合材料平面分別在VG≈0.185、VG≈0.082%和PC矩陣控制（應(yīng)變振幅= 0.34%；頻率為1 Hz）條件下，儲(chǔ)能模量（E′）和損耗模量（E′′）隨溫度變化的曲線。（B）纖維1（VG≈0.185%、control-1）和纖維2（V G≈0.082%、control-2）在類似的渦旋結(jié)構(gòu)下E′和E′′隨溫度的變化曲線。（C）對(duì)于PC矩陣，彈性模量的變化增量（DE和DE′）△E除以VＧ（平面復(fù)合材料和不同G/PC復(fù)合材料中的滾動(dòng)纖維報(bào)道數(shù)據(jù)）得到的曲線。虛線由Mori-Tanaka理論預(yù)測(cè)。（D）理想的伸縮機(jī)構(gòu)。（I）實(shí)際上，變形發(fā)生在大部分纖維的內(nèi)部，而不是靠近纖維的末端；滾動(dòng)纖維2在拉伸時(shí)的光學(xué)圖像，在應(yīng)變?yōu)?0%時(shí)d = 120±2μm（II）、斷裂（III和IV）；滾動(dòng)纖維（control-1）和斷裂時(shí)（V）的掃描電子顯微鏡圖像，表現(xiàn)失敗時(shí)層的分離。（E）具有相似渦旋結(jié)構(gòu)的兩種復(fù)合纖維及其PC控制纖維的真應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)曲線圖。

    圖4 平面復(fù)合材料電學(xué)性能的研究

    （A）用于同時(shí)檢測(cè)G / PC復(fù)合材料、（安裝在電動(dòng)平移臺(tái)系統(tǒng)的）鎢探針的電學(xué)性能的顯微系統(tǒng)，該探針的柄直徑為80mm，軸尖端直徑直徑為100nm。隨著導(dǎo)電探針逐層的接觸石墨烯，探針通過(guò)每層時(shí)導(dǎo)電分別增加。（B）由于探針和G/PC表面周期性的接觸和脫離，電流也形成相應(yīng)周期。微探針的速度保持在1mm/s（下）和–1mm/s（上）交替，在10砂電壓=1.0mV的時(shí)間跨度。淡藍(lán)色的區(qū)域表示探針和復(fù)合表面之間的接觸時(shí)間。（C）在探針運(yùn)動(dòng)過(guò)程中（1mm/s，1mV），電流隨深度的變化曲線。和三個(gè)類似的G/ PC復(fù)合材料樣品的穿透過(guò)程曲線（V G≈0.003%、四層）。（D）測(cè)得的電流信號(hào)值分布（計(jì)數(shù)）的直方圖分布（c中紅色）。（E和F）典型的電子探針穿孔復(fù)合膜形成斷裂部位的掃描電鏡圖像；比例尺分別為20毫米和10毫米。