石墨烯是由碳原子組成六方晶格的二維碳納米材料。由于其優異的光學、電學、力學和熱學特性，在材料學、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。基于其二維屬性——與宏觀紙張類似，可以對石墨烯進行裁剪和折疊的微加工，從而對其物理性質進行調控。近年來，我院趙軍華教授團隊就裁剪、折疊手段對石墨烯的機械和傳熱性能影響開展了了系統研究。相關工作發表在“Crease-induced targeted cutting and folding of graphene origami”和“Unusual thermal properties of graphene origami crease: A molecular dynamics study”為題分别發表在中科院一區Top期刊Carbon, 2020, 165: 259-266和中科院一區Top期刊Green Energy & Environment (https://doi.org/10.1016/j.gee.2020.07.026)，論文第一作者為我院魏甯教授，通訊作者為趙軍華教授。
團隊早期發現，非均勻的基底可以導緻熱整流效應。與之前采用裁剪、缺陷和摻雜等方法構建非對稱的結構而産生的熱整流效應不同，由于基底産生的熱整流效應，不會破壞石墨烯自身結構，可以重複多次使用（Carbon，2019，154，81-89）。團隊進一步根據紙張折疊可以形成複雜的三維構型，不僅僅具有藝術價值，也在航空航天、機械制造和太陽能電池等領域具有潛在的應用。團隊在納米尺度實現了石墨烯折疊，折疊後的石墨烯不但可以自組裝形成預設的構型，還可以沿着折痕定向斷裂。這為石墨烯裁剪和加工提供了新的思路。
圖1. 仿照紙張折疊的過程，石墨烯帶在擠壓下形成折痕。Carbon（(2020) 165, 259-266）
圖2. 石墨烯折紙不但可以形成各種複雜構型，還具備反常熱導效應。Green Energy & Environment (https://doi.org/10.1016/j.gee.2020.07.026)
基于裁剪、折疊等微納米加工手段，可以有效的調控石墨烯力學、電學和熱學性質，使石墨烯基器件具有更大的調控範圍和巨大應用潛力。研究結果将有助于石墨烯基力熱傳感器的設計和制造并為新型熱邏輯器件和熱管理設備的設計提供思路。
