近日，国际顶级学术期刊《自然》在线发表题为“Clasping folds enable superior elastic strength of graphene films”的研究论文。该成果由浙江大学、清华大学和我校合作完成，我校土木学院青年教师廖杨超为论文共同第一作者，我校为论文第三顺位署名单位。该研究通过“折叠卡扣”结构设计，使石墨烯薄膜同时实现高强度、高韧性与高弹性应变，为二维材料力学性能调控提供了新思路。

石墨烯是原子级厚度的二维材料，被视为构建高性能宏观材料的理想基元。但由石墨烯片层组装而成的薄膜，长期面临强度与韧性难以兼得的矛盾：提高强度往往牺牲韧性，提高韧性又往往削弱强度。传统研究多沿“让片层排得更整齐”和“让层间粘得更牢固”两条路径寻求突破，但都未跳出“平面堆叠”的基本框架。

该研究首次在单个二维片层中构筑原子尺度空间折叠构型，实现从“平面堆叠”向“空间构型组装”的转变；打破传统二维材料强度与韧性的性能边界，构筑兼具高强、高韧和高弹性的石墨烯薄膜，为航空航天轻量化结构、高性能复合材料及抗冲击防护装备等领域提供了新的材料设计思路。研究提出新的层间“剪切互锁”力学模型，区别于传统层状材料遵循的“剪切滞后”经典载荷传递机制，通过折叠卡扣实现由“拉”向“推”的力链转换，显著提升层间载荷传递效率。使所得薄膜拉伸强度达到2.9GPa，韧性达到84.5MJ/m3，弹性应变高达5%，实现了强度、韧性和弹性的协同提升。

图1 低温氧化法合成表层折叠多层氧化石墨烯

这一性能突破的背后，力学机制的解释至关重要。论文共同第一作者廖杨超在该研究中承担了关键的分子动力学模拟与力学分析工作。他长期从事微纳米力学、分子动力学模拟及碳材料力学性能调控研究。通过大规模分子模拟捕捉到折叠结构在拉伸过程中的动态接触与挤压行为，从原子尺度证实了“Pull-to-Push”力链转换的存在，并为“剪切互锁”模型的建立提供了核心计算依据。连续介质分析表明，该模型的应力传递效率可达96%，显著优于传统珍珠层及经典“剪切滞后”模型。

图2 折叠卡扣结构突破二维层状材料力学性能

近年来，我校持续加强青年科技人才队伍建设，为青年教师开展高水平研究提供支持。此次廖杨超以共同第一作者身份在《自然》发表论文，是我校青年教师参与国际前沿合作研究的又一标志性成果，充分彰显了学校在基础研究和原始创新方面的深厚积淀。学校通过优化科研评价机制、加大资源投入力度，营造了有利于青年人才脱颖而出的良好生态，激励更多青年教师面向世界科技前沿，勇攀科学高峰，为实现高水平科技自立自强贡献“长理智慧”。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41586-026-11109-y

（文、图/张康 一审/涂道勇 二审/胡林 三审/邱国良）