該假彩色掃描電子顯微鏡圖像顯示了順序鍵合的石墨烯片的斷裂表面。

由中國北京航空航天大學和德克薩斯大學達拉斯分校科學家領導的國際研究小組已經開發出高強度超韌碳片，可以在低溫下廉價製造。

該團隊通過化學方法將石墨碳的小片化學拼合在一起，這與普通鉛筆的軟鉛中發現的石墨相似。製造過程導致材料的機械性能超過目前用於各種商業產品中的碳纖維複合材料的機械性能。

“這些牀單最終可能會取代昂貴的碳纖維複合材料，用於從飛機和汽車車身到風車葉片和運動設備等各種用途，”博士說

今天的碳纖維複合材料價格昂貴，部分原因是碳纖維的生產溫度極高，可能超過2500攝氏度（華氏約4500華氏度）。

“相比之下，我們的工藝可以使用石墨，從地面上便宜地挖出並在低於45攝氏度（113華氏度）的溫度下處理，”北航大學化學教授說。“這些片材在所有面內方向上的強度與疊層碳纖維複合材料的強度相當，並且在碳纖維複合材料失效前它們可以吸收更高的機械能。”

石墨由由石墨烯堆疊層組成的小片組成。石墨烯僅僅是一層碳原子，排列成一個看起來像一個雞絲網柵欄的圖案，網格中的每個六邊形都由六個碳原子組成。

“雖然科學家可以通過高溫處理連續製造大片石墨烯，並且顯示這些片材具有顯着的強度，但僅通過堆疊大面積石墨烯片來製造厚的石墨板是不切實際的，”博士說。“人們需要堆疊大約150,000個石墨烯片來製造具有大約人類頭髮厚度的石墨片。”

研究人員在天然珍珠母中發現了靈感，也被稱爲珍珠母，這賦予了貝殼的強度和韌性。珍珠層由平行的薄片組成，它們由有機材料的薄層粘合在一起，類似於用砂漿將牆上的磚粘在一起。

研究員說：“我們不是機械地堆疊大面積石墨烯片，而是將微米尺寸的石墨片氧化成可以分散在水中，然後過濾這種分散體，以低成本製造定向氧化石墨烯片。“這個過程類似於通過過濾纖維漿來手工製造紙張。

“在這個階段，牀單既不牢固也不堅韌，這意味着它們在破裂之前不能吸收太多能量，”他說。“我們使用的技巧是使用依次滲透的橋聯劑將這些片中的血小板縫合在一起，這些橋接劑將互相重疊的相鄰血小板相互連接，並將氧化的氧化石墨烯轉化爲石墨烯。關鍵在於我們的橋接劑通過形成共價化學鍵和範德華鍵“。

北航大學博士生表示，納入橋聯劑的片材比不含片劑的片材強4.5倍和7.9倍。“與碳纖維複合材料不同，不需要聚合物基體，”他說。

教授表示：“雖然昂貴的碳纖維複合材料片可以在所有的薄板平面方向上提供類似的強度，但它們在斷裂前能夠吸收的能量大約是我們的順序橋接石墨烯薄片的三分之一。“由於我們的片材是在低溫下製造的，因此它們的成本低廉，除了表現出較高的片材強度，韌性和抗疲勞性之外，它們具有高導電性並且能夠屏蔽電磁輻射，這些性能使得這些順序橋接的石墨烯片對未來可能的應用非常有吸引力。“