石墨烯是由碳原子组成六方晶格的二维碳纳米材料。由于其优异的光学、电学、力学和热学特性，在材料学、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。基于其二维属性——与宏观纸张类似，可以对石墨烯进行裁剪和折叠的微加工，从而对其物理性质进行调控。近年来，我院赵军华教授团队就裁剪、折叠手段对石墨烯的机械和传热性能影响开展了了系统研究。相关工作发表在“Crease-induced targeted cutting and folding of graphene origami”和“Unusual thermal properties of graphene origami crease: A molecular dynamics study”为题分别发表在中科院一区Top期刊Carbon, 2020, 165: 259-266和中科院一区Top期刊Green Energy & Environment (https://doi.org/10.1016/j.gee.2020.07.026)，论文第一作者为我院魏宁教授，通讯作者为赵军华教授。
团队早期发现，非均匀的基底可以导致热整流效应。与之前采用裁剪、缺陷和掺杂等方法构建非对称的结构而产生的热整流效应不同，由于基底产生的热整流效应，不会破坏石墨烯自身结构，可以重复多次使用（Carbon，2019，154，81-89）。团队进一步根据纸张折叠可以形成复杂的三维构型，不仅仅具有艺术价值，也在航空航天、机械制造和太阳能电池等领域具有潜在的应用。团队在纳米尺度实现了石墨烯折叠，折叠后的石墨烯不但可以自组装形成预设的构型，还可以沿着折痕定向断裂。这为石墨烯裁剪和加工提供了新的思路。
图1.仿照纸张折叠的过程，石墨烯带在挤压下形成折痕。Carbon（(2020) 165, 259-266）
图2.石墨烯折纸不但可以形成各种复杂构型，还具备反常热导效应。Green Energy & Environment (https://doi.org/10.1016/j.gee.2020.07.026)
基于裁剪、折叠等微纳米加工手段，可以有效的调控石墨烯力学、电学和热学性质，使石墨烯基器件具有更大的调控范围和巨大应用潜力。研究结果将有助于石墨烯基力热传感器的设计和制造并为新型热逻辑器件和热管理设备的设计提供思路。
