目前，高體積分數的連續二維組件的對準和裝配對于二維材料技術仍具有一定挑戰性。由美國麻省理工學院化學工程系 Michael S. Strano等人使用堆疊的方法來生產對齊的石墨烯/聚碳酸酯復合材料，該材料由320個約0.032mm - 0.11mm厚的平行層組成，顯著增加了有效的彈性模量和強度，而且體積分數僅為0.082%。類似的橫向剪切滾動的方法生成了阿基米德螺旋纖維，得到可伸縮的斷裂伸長率為110%，大于芳綸的30倍之多。該復合材料保留了沿石墨烯平面軸導電的各向異性。在大量減少體積分數的情況下這些復合材料可以保證高機械強度，電學和光學性能。

    納米復合材料的概念是由觀察得到的，填料顆粒增強加固否則就是像聚合物一樣形成輕而堅固的復合材料（軟性材料）。Eshelby首先從數學上證明了在固體中形成橢球“包裹體”的可能性。然而，事實證明把納米顆粒插入有明顯間隙但排列緊密的材料內是非常困難的。對于具有各向異性納米粒子，如血小板、納米纖維或碳納米管，在在一個非常低的體積分數的時候增加的填料也可以增強機械強度，因為顆粒可以沿著傾斜應變軸排列。對于板填料如石墨烯或其他二維材料，唯一的限制可以認為是縱橫比，對齊的板接近無窮大。往最小的板添加每單位質量材料的時候，緊密排列、半無限大的納米或原子板厚接近最大的機械強度。用化學氣相沉積法去創造單元電池或原子薄層如石墨烯或其他二維材料去檢測a趨于無窮的限制的可能性最近才成為可能，這些材料可以跨越做測試用復合材料的最大維度。在這項工作中，我們介紹了兩個制造方法，可以把薄層分子和大的復合材料層疊加，處理的規模呈指數級增長。一種類似的剪切滾動方法創建了阿基米德單層滾動纖維。這種生產材料的方法在結合了最小體積分數填料的電學和光學性質的同時，展示了a趨向于無窮時的限制。

    圖1 用對齊的半無限大的CVD石墨烯來制備 G / PC復合材料

    （A）4 J堆積法構造4 J復合材料：（I）自旋PC溶液涂層和蝕刻銅；（II）堆積i層G/ PC薄膜；（III）切割并折疊；（IV）在37Mpa和155℃堆疊和熱壓（B到D）由i=9（3570 nm /層，V G≈0.009%）平面組成的復合材料的SEM圖像，分別取J = 1和J = 2（E）橫向剪切滾動納米復合纖維的方法（E1）鋪在Si／SiO2基上的G / PC薄膜。（E2）薄膜的一端由于玻璃毛細管而產生折疊。（E3）薄膜受到兩Si/SiO2片的橫向剪切力開始滾動。（E4）滾動纖維的橫截面為阿基米德螺旋形。（F）纖維2的光學顯微鏡圖像，直徑（d）= 160+ 4μm。（G到I）橫截面直徑d = 131+3μm的纖維的SEM圖像。比例尺分別為 20、 10 和 5 毫米。

    圖2  G/PC復合材料的拉曼光譜研究

    （A）G / PC復合材料的拉曼光譜（1層）和PC矩陣控制。2D峰值強度和G峰值強度的比值（I2D/ IG）= 2.1，表示了單層石墨烯的單層性質。在1350cm?1處的D帶說明了cvd石墨烯多晶的性質，共振增強后的石墨烯拉曼截面是PC的18000倍大（fig. S4A）（B）G / PC復合材料在i分別取1、9、144時的拉曼光譜（V G≈0.030%）；光譜強度進行歸一化處理。（C）G / PC 復合材料在V G≈0.009和0.030%時的-lg（I2D / n）除以n的圖形。

    圖3  G /PC平面和滾動纖維納米復合材料的力學特性

    （A）2個40層復合材料平面分別在VG≈0.185、VG≈0.082%和PC矩陣控制（應變振幅= 0.34%；頻率為1 Hz）條件下，儲能模量（E′）和損耗模量（E′′）隨溫度變化的曲線。（B）纖維1（VG≈0.185%、control-1）和纖維2（V G≈0.082%、control-2）在類似的渦旋結構下E′和E′′隨溫度的變化曲線。（C）對于PC矩陣，彈性模量的變化增量（DE和DE′）△E除以VＧ（平面復合材料和不同G/PC復合材料中的滾動纖維報道數據）得到的曲線。虛線由Mori-Tanaka理論預測。（D）理想的伸縮機構。（I）實際上，變形發生在大部分纖維的內部，而不是靠近纖維的末端；滾動纖維2在拉伸時的光學圖像，在應變為60%時d = 120±2μm（II）、斷裂（III和IV）；滾動纖維（control-1）和斷裂時（V）的掃描電子顯微鏡圖像，表現失敗時層的分離。（E）具有相似渦旋結構的兩種復合纖維及其PC控制纖維的真應力-應變響應曲線圖。

    圖4 平面復合材料電學性能的研究

    （A）用于同時檢測G / PC復合材料、（安裝在電動平移臺系統的）鎢探針的電學性能的顯微系統，該探針的柄直徑為80mm，軸尖端直徑直徑為100nm。隨著導電探針逐層的接觸石墨烯，探針通過每層時導電分別增加。（B）由于探針和G/PC表面周期性的接觸和脫離，電流也形成相應周期。微探針的速度保持在1mm/s（下）和–1mm/s（上）交替，在10砂電壓=1.0mV的時間跨度。淡藍色的區域表示探針和復合表面之間的接觸時間。（C）在探針運動過程中（1mm/s，1mV），電流隨深度的變化曲線。和三個類似的G/ PC復合材料樣品的穿透過程曲線（V G≈0.003%、四層）。（D）測得的電流信號值分布（計數）的直方圖分布（c中紅色）。（E和F）典型的電子探針穿孔復合膜形成斷裂部位的掃描電鏡圖像；比例尺分別為20毫米和10毫米。