R.E.News future Technology-An Accordion Twist Unlocks a New Era for Graphene

08/05/25-FR-English-NL-footer

Un accordéon ouvre une nouvelle ère pour le graphène

Image-R.E.News©

Le graphène éblouit depuis longtemps scientifiques et ingénieurs par ses propriétés extraordinaires. Souvent présenté comme un « matériau miracle », il possède une résistance 200 fois supérieure à celle de l'acier, tout en étant épais d'un atome seulement. Mais malgré sa grande résistance à la traction et son incroyable conductivité électrique, le graphène n'était pas particulièrement doué pour l'étirement. Jusqu'à présent.

Une étude révolutionnaire menée par des physiciens de l'Université de Vienne a révélé un nouveau tour fascinant dans le sac du graphène. En créant de minuscules ondulations contrôlées sur sa surface, aussi fine qu'un atome – un effet comparable à celui du soufflet d'un accordéon –, les chercheurs ont trouvé un moyen de rendre le graphène considérablement plus extensible. Cette découverte pourrait ouvrir la voie à de toutes nouvelles utilisations pour ce matériau 2D exceptionnel, notamment dans le domaine de l'électronique portable et des technologies flexibles.

Cette nouvelle compréhension de la flexibilité mécanique du graphène est le fruit d'une collaboration internationale entre l'Université de Vienne et l'Université de Technologie de Vienne. Pour la première fois, des scientifiques ont démontré que le graphène, manipulé avec soin, peut prendre une forme ondulée qui modifie radicalement sa réponse mécanique.

« On peut l'imaginer comme un accordéon. Lorsqu'on l'étire, le matériau ondulé s'aplatit, ce qui nécessite beaucoup moins de force que l'étirement du matériau plat, et il devient donc plus extensible », explique Wael Joudi, auteur principal de l'étude.

La clé de cet « effet accordéon » réside dans le retrait de seulement deux atomes adjacents du réseau. Cette minuscule rupture crée un renflement dans la feuille de graphène, pourtant plane. Multipliez cet effet sur une plus grande surface et le matériau entier devient ondulé. L'étirement ne tire pas sur les liaisons atomiques rigides, mais aplatit simplement les ondulations.

Cela peut paraître simple, mais révéler ce potentiel caché du graphène a nécessité un dispositif de haute technologie. Les expériences ont été menées dans un environnement ultra-propre et sans air, grâce à un système unique développé à l'Université de Vienne. Ce système avancé permet aux chercheurs de transférer des échantillons entre les appareils sans les exposer à l'air ambiant, éliminant ainsi la contamination par la poussière ou les particules atmosphériques.

« Ce système unique que nous avons développé à l'Université de Vienne nous permet d'examiner des matériaux 2D sans interférence », a déclaré Jani Kotakoski, qui a dirigé l'étude.

Sans ces conditions parfaites, toute particule étrangère se déposant à la surface du graphène masquerait l'effet accordéon, voire le supprimerait complètement. « Pour la première fois, ce type d'expérience a été réalisé avec du graphène totalement isolé de l'air ambiant et des particules étrangères qu'il contient », a ajouté Joudi.

L'importance accordée à la propreté ne se limitait pas à la propreté du laboratoire. Elle était essentielle pour résoudre un mystère de longue date dans la recherche sur le graphène : pourquoi certaines études ont rapporté une rigidité réduite après élimination d'atomes, tandis que d'autres ont observé le contraire.

L'histoire des mesures de rigidité du graphène a été pleine de contradictions. S'il semblait logique que l'élimination d'atomes réduise la rigidité, les résultats antérieurs étaient mitigés : certains ont montré une rigidité moindre, d'autres plus élevée. Nous comprenons enfin pourquoi.

L'équipe viennoise a découvert que dans des environnements contaminés, des particules étrangères se déposent à la surface du graphène et rigidifient efficacement la feuille. Cela donne l'illusion que les lacunes atomiques durcissent le graphène, et non le ramollissent. Mais dans une configuration parfaitement propre, la réalité apparaît : le graphène devient plus flexible grâce à l'ondulation en accordéon.

Des simulations menées par les physiciens théoriciens Rika Saskia Windisch et Florian Libisch de l'Université de Technologie de Vienne ont corroboré les résultats expérimentaux. Elles ont confirmé la formation de structures ondulatoires et l'augmentation spectaculaire de l'extensibilité qui en a résulté.

Qu'est-ce que cela signifie pour le monde extérieur au laboratoire ? En bref, beaucoup.

L'extensibilité accrue du graphène en fait un candidat encore plus sérieux pour l'électronique portable, un domaine où la flexibilité et la durabilité sont primordiales. Imaginez des smartphones flexibles, des textiles intelligents, des capteurs médicaux pliables, et bien plus encore. La capacité à concevoir du graphène pour qu'il se plie et s'étire sans compromettre ses performances ouvre de nouvelles perspectives dans de nombreux secteurs.

Imaginez :

Des moniteurs de santé portables qui épousent parfaitement les contours de la peau
Des coques électroniques pour prothèses et robotique
Des panneaux solaires ultra-légers qui s'adaptent aux surfaces
Des écrans flexibles qui ne se brisent pas en cas de chute

L'aspect le plus impressionnant de cette étude est peut-être le niveau de précision requis. Travailler avec un matériau d'une épaisseur d'un seul atome laisse peu de place à l'erreur. Chaque atome compte, littéralement. La capacité des chercheurs à isoler le graphène des contaminants atmosphériques et à manipuler sa structure atomique en dit long sur la sophistication de la science des matériaux moderne.

« Cela démontre l'importance de l'environnement de mesure pour les matériaux 2D. Les résultats ouvrent la voie à la régulation de la rigidité du graphène et ouvrent ainsi la voie à des applications potentielles », a déclaré Joudi.

Il souligne également le rôle crucial du financement pour permettre de telles avancées. Cette recherche a été financée en tout ou en partie par le Fonds autrichien pour la science (FWF), qui continue de soutenir les travaux pionniers dans le domaine des matériaux avancés.

Alors que les chercheurs continuent d'explorer les multiples facettes du potentiel du graphène, le monde se rapproche d'un avenir où les matériaux intelligents, extensibles et résistants deviendront la norme. Cette transformation du graphène en accordéon est bien plus qu'une simple note scientifique astucieuse. C'est un puissant rappel que même les plus infimes ajustements à l'échelle atomique peuvent se traduire par des technologies révolutionnaires.

Les résultats de l'équipe, publiés dans Physical Review Letters, suscitent déjà l'intérêt de la communauté mondiale des sciences des matériaux. S'émerveiller devant le graphène en théorie est une chose ; manipuler ses propriétés pour répondre aux besoins du monde réel en est une autre.

L'électronique flexible, les capteurs de nouvelle génération et les dispositifs biomédicaux portables pourraient bien être les premières technologies à bénéficier de cette révolution. Et avec une meilleure compréhension du perfectionnement des matériaux 2D, qui sait quelles futures avancées se cachent sous la surface ?
NJC.© Info University of Vienna  Physical Review Letters

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

08/05/25-English

An Accordion Twist Unlocks a New Era for Graphene

Image-R.E.News©

Graphene has long dazzled scientists and engineers alike with its extraordinary properties. Often heralded as a “miracle material,” it boasts a strength 200 times that of steel, while being just one atom thick. But despite its high tensile strength and incredible electrical conductivity, one thing graphene hasn’t been particularly good at is stretching. Until now.

A ground-breaking study led by physicists at the University of Vienna has revealed a fascinating new trick up graphene’s sleeve. By creating tiny, controlled ripples across its atom-thin surface – an effect not unlike the bellows of an accordion – researchers have unlocked a way to make graphene dramatically more stretchable. The discovery could open the door to entirely new uses for the 2D wonder material, especially in the realm of wearable electronics and flexible technologies.

This fresh insight into graphene’s mechanical flexibility came from an international collaboration between the University of Vienna and the Vienna University of Technology. For the first time, scientists have shown that graphene, when carefully manipulated, can be coaxed into a wavy formation that radically alters its mechanical response.

“You can imagine it like an accordion. When pulled apart, the waved material now gets flattened, which requires much less force than stretching the flat material and therefore it becomes more stretchable,” explained Wael Joudi, lead author of the study.

The key to this so-called “accordion effect” lies in the removal of just two adjacent atoms from the lattice. This tiny disruption creates a bulge in the otherwise flat graphene sheet. Multiply this effect across a larger area, and the entire material becomes corrugated. When you stretch it, you’re not pulling against stiff atomic bonds but simply flattening the ripples.

It might sound like a simple trick, but revealing this hidden potential of graphene required a seriously high-tech setup. The experiments were conducted in an ultra-clean, airless environment using a unique system built at the University of Vienna. This advanced system allows researchers to transfer samples between devices without exposing them to ambient air, eliminating contamination from dust or atmospheric particles.

“This unique system we have developed in the University of Vienna allows us to examine 2D materials without interference,” said Jani Kotakoski, who led the study.

Without such pristine conditions, any foreign particles settling on the graphene surface would mask the accordion effect, or worse, suppress it entirely. “For the first time this kind of experiment has been carried out with the graphene fully isolated from ambient air and the foreign particles it contains,” added Joudi.

This emphasis on cleanliness wasn’t just about lab neatness. It was essential to resolving a long-standing mystery in graphene research: why some studies reported reduced stiffness after atomic removal, while others observed the opposite.

The history of graphene stiffness measurements has been full of contradictions. While it would seem logical that removing atoms would reduce stiffness, past results were a mixed bag – some showed less stiffness, others more. Now, we finally understand why.

The Vienna team found that in contaminated environments, foreign particles settle on the graphene surface and effectively stiffen the sheet. This gives the illusion that atomic vacancies are making graphene harder, not softer. But in a perfectly clean setup, the real picture emerges: graphene becomes more flexible through the accordion-like corrugation.

Simulations conducted by theoretical physicists Rika Saskia Windisch and Florian Libisch at the Vienna University of Technology supported the experimental findings. They confirmed both the formation of wave-like structures and the dramatic increase in stretchability that followed.

So, what does this mean for the world outside the lab? In short, a lot.

Graphene’s enhanced stretchability makes it an even stronger contender for wearable electronics – an area where flexibility and durability are paramount. Think flexible smartphones, smart textiles, bendable medical sensors, and more. The ability to engineer graphene to bend and stretch without compromising its performance opens new doors across multiple industries.

Just imagine:

    Wearable health monitors that conform perfectly to skin contours
    Electronic skins for prosthetics and robotics
    Ultra-lightweight solar panels that can wrap around surfaces
    Flexible displays that don’t shatter when dropped

Perhaps the most impressive aspect of this study is the level of precision involved. Working with a material just one atom thick leaves little room for error. Every atom counts – literally. The researchers’ ability to isolate graphene from air contaminants and manipulate its atomic structure speaks volumes about the sophistication of modern materials science.

“This shows the importance of the measurement environment when dealing with 2D materials. The results open up a way to regulate the stiffness of graphene and thus pave the way for potential applications,” said Joudi.

It also highlights the critical role of funding in enabling such breakthroughs. This research was supported in full or in part by the Austrian Science Fund (FWF), which continues to back pioneering work in advanced materials.

As researchers continue to peel back the layers of graphene’s potential, the world edges closer to a future where smart, stretchable, and strong materials become standard. This accordion-like transformation of graphene is more than a clever scientific footnote. It’s a powerful reminder that even the tiniest tweaks at the atomic level can ripple out into game-changing technology.

The team’s findings, published in Physical Review Letters, are already stirring interest in the global materials science community. It’s one thing to marvel at graphene in theory; it’s quite another to manipulate its properties to serve real-world demands.

Flexible electronics, next-generation sensors, and biomedical wearables might just be the first of many technologies to benefit from this ripple revolution. And with a deeper understanding of how to fine-tune 2D materials, who knows what future breakthroughs lie just beneath the surface ?
NJC.© Info University of Vienna  Physical Review Letters

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

08/05/25-NL

Een accordeondraai opent een nieuw tijdperk voor grafeen

Image-R.E.News©

Grafeen verbaast wetenschappers en ingenieurs al lang met zijn buitengewone eigenschappen. Het wordt vaak geprezen als een "wondermateriaal" en heeft een sterkte die 200 keer zo groot is als die van staal, terwijl het slechts één atoom dik is. Maar ondanks zijn hoge treksterkte en ongelooflijke elektrische geleidbaarheid, is grafeen niet bijzonder goed in rekken. Tot nu toe.

Een baanbrekende studie onder leiding van natuurkundigen van de Universiteit van Wenen heeft een fascinerende nieuwe truc in de mouw van grafeen onthuld. Door kleine, gecontroleerde rimpelingen over het atoomdunne oppervlak te creëren – een effect dat niet veel verschilt van de blaasbalg van een accordeon – hebben onderzoekers een manier ontdekt om grafeen aanzienlijk rekbaarder te maken. De ontdekking zou de deur kunnen openen naar volledig nieuwe toepassingen voor dit 2D-wondermateriaal, met name op het gebied van draagbare elektronica en flexibele technologieën.

Dit nieuwe inzicht in de mechanische flexibiliteit van grafeen is voortgekomen uit een internationale samenwerking tussen de Universiteit van Wenen en de Technische Universiteit Wenen. Voor het eerst hebben wetenschappers aangetoond dat grafeen, wanneer het zorgvuldig wordt gemanipuleerd, in een golvende vorm kan worden gelokt die de mechanische respons radicaal verandert.

"Je kunt het je voorstellen als een accordeon. Wanneer het uit elkaar wordt getrokken, wordt het gegolfde materiaal platgedrukt, wat veel minder kracht vereist dan het uitrekken van het platte materiaal en daardoor rekbaarder wordt", legt Wael Joudi uit, hoofdauteur van de studie.

De sleutel tot dit zogenaamde "accordeoneffect" ligt in het verwijderen van slechts twee aangrenzende atomen uit het rooster. Deze kleine verstoring creëert een uitstulping in het verder vlakke grafeenvel. Vermenigvuldig dit effect over een groter oppervlak en het hele materiaal wordt gegolfd. Wanneer je het uitrekt, trek je niet tegen stijve atoombindingen, maar vlak je simpelweg de rimpelingen af.

Het klinkt misschien als een simpele truc, maar om dit verborgen potentieel van grafeen te onthullen, was een zeer geavanceerde opstelling nodig. De experimenten werden uitgevoerd in een ultraschone, luchtdichte omgeving met behulp van een uniek systeem dat is gebouwd aan de Universiteit van Wenen. Dit geavanceerde systeem stelt onderzoekers in staat om monsters tussen apparaten over te brengen zonder ze bloot te stellen aan de omgevingslucht, waardoor verontreiniging door stof of atmosferische deeltjes wordt geëlimineerd.

"Dit unieke systeem dat we aan de Universiteit van Wenen hebben ontwikkeld, stelt ons in staat om 2D-materialen zonder interferentie te onderzoeken", aldus Jani Kotakoski, die het onderzoek leidde.

Zonder dergelijke ongerepte omstandigheden zouden vreemde deeltjes die zich op het grafeenoppervlak nestelen het accordeoneffect maskeren, of erger nog, volledig onderdrukken. "Voor het eerst is dit soort experiment uitgevoerd met grafeen volledig geïsoleerd van de omgevingslucht en de vreemde deeltjes die het bevat", voegde Joudi eraan toe.

Deze nadruk op reinheid ging niet alleen over netheid in het laboratorium. Het was essentieel om een ​​lang bestaand mysterie in grafeenonderzoek op te lossen: waarom sommige studies een verminderde stijfheid meldden na atomaire verwijdering, terwijl andere het tegenovergestelde waarnamen.

De geschiedenis van grafeenstijfheidsmetingen zit vol tegenstrijdigheden. Hoewel het logisch lijkt dat het verwijderen van atomen de stijfheid zou verminderen, waren de resultaten uit het verleden een gemengd verhaal – sommige lieten minder stijfheid zien, andere meer. Nu begrijpen we eindelijk waarom.

Het Weense team ontdekte dat in vervuilde omgevingen vreemde deeltjes zich op het grafeenoppervlak nestelen en de plaat effectief verstijven. Dit wekt de illusie dat atomaire vacatures grafeen harder maken, niet zachter. Maar in een perfect schone opstelling komt het werkelijke beeld naar voren: grafeen wordt flexibeler door de accordeonachtige golving.

Simulaties uitgevoerd door theoretisch natuurkundigen Rika Saskia Windisch en Florian Libisch aan de Technische Universiteit Wenen ondersteunden de experimentele bevindingen. Ze bevestigden zowel de vorming van golfachtige structuren als de dramatische toename in rekbaarheid die daarop volgde.

Dus, wat betekent dit voor de wereld buiten het laboratorium? Kortom, veel.

De verbeterde rekbaarheid van grafeen maakt het een nog grotere kanshebber voor draagbare elektronica – een gebied waar flexibiliteit en duurzaamheid van cruciaal belang zijn. Denk aan flexibele smartphones, slim textiel, buigzame medische sensoren en meer. De mogelijkheid om grafeen zo te ontwerpen dat het kan buigen en rekken zonder de prestaties in gevaar te brengen, opent nieuwe deuren in meerdere sectoren.

Stel je eens voor:

Draagbare gezondheidsmonitoren die zich perfect aanpassen aan de contouren van je huid
Elektronische skins voor protheses en robotica
Ultralichte zonnepanelen die zich om oppervlakken kunnen wikkelen
Flexibele displays die niet breken bij een val

Het meest indrukwekkende aspect van deze studie is misschien wel de precisie. Werken met een materiaal van slechts één atoom dik laat weinig ruimte voor fouten. Elk atoom telt – letterlijk. Het vermogen van de onderzoekers om grafeen te isoleren van luchtverontreinigende stoffen en de atoomstructuur ervan te manipuleren, spreekt boekdelen over de verfijning van de moderne materiaalkunde.

"Dit toont het belang aan van de meetomgeving bij het werken met 2D-materialen. De resultaten openen een manier om de stijfheid van grafeen te reguleren en zo de weg vrij te maken voor potentiële toepassingen", aldus Joudi.

Het benadrukt ook de cruciale rol van financiering bij het mogelijk maken van dergelijke doorbraken. Dit onderzoek werd volledig of gedeeltelijk ondersteund door het Oostenrijkse Wetenschapsfonds (FWF), dat baanbrekend werk op het gebied van geavanceerde materialen blijft ondersteunen.

Naarmate onderzoekers de lagen van het potentieel van grafeen verder afpellen, komt de wereld dichter bij een toekomst waarin slimme, rekbare en sterke materialen de standaard worden. Deze accordeonachtige transformatie van grafeen is meer dan een slimme wetenschappelijke voetnoot. Het is een krachtige herinnering dat zelfs de kleinste aanpassingen op atomair niveau kunnen uitmonden in baanbrekende technologie.

De bevindingen van het team, gepubliceerd in Physical Review Letters, wekken nu al interesse in de wereldwijde materiaalkundegemeenschap. Het is één ding om je in theorie over grafeen te verbazen; het is iets heel anders om de eigenschappen ervan te manipuleren om aan de eisen van de echte wereld te voldoen.

Flexibele elektronica, sensoren van de volgende generatie en biomedische wearables zijn misschien wel de eerste van vele technologieën die profiteren van deze rimpelrevolutie. En met een beter begrip van hoe 2D-materialen verfijnd kunnen worden, wie weet welke toekomstige doorbraken er net onder de oppervlakte liggen?
NJC.© Info  University of Vienna  Physical Review Letters

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------