Graphene is nature's thinnest elastic material and displays exceptional mechanical1,2 and electronic properties3,4,5. Ripples are an intrinsic feature of graphene sheets6 and are expected to strongly influence electronic properties by inducing effective magnetic fields and changing local potentials7,8,9,10,11,12. The ability to control ripple structure in graphene could allow device design based on local strain13 and selective bandgap engineering14. Here, we report the first direct observation and controlled creation of one- and two-dimensional periodic ripples in suspended graphene sheets, using both spontaneously and thermally generated strains. We are able to control ripple orientation, wavelength and amplitude by controlling boundary conditions and making use of graphene's negative thermal expansion coefficient (TEC), which we measure to be much larger than that of graphite. These results elucidate the ripple formation process, which can be understood in terms of classical thin-film elasticity theory. This should lead to an improved understanding of suspended graphene devices15,16, a controlled engineering of thermal stress in large-scale graphene electronics, and a systematic investigation of the effect of ripples on the electronic properties of graphene. Ripples in suspended graphene sheets are created in a controlled manner, opening new possibilities for the engineering of graphene's properties.

We have batch-fabricated a microdevice consisting of two adjacent symmetric silicon nitride membranes suspended by long silicon nitride beams for measuring thermophysical properties of one-dimensional nanostructures (nanotubes, nanowires, and nanobelts) bridging the two membranes. A platinum resistance heater/thermometer is fabricated on each membrane. One membrane can be Joule heated to cause heat conduction through the sample to the other membrane. Thermal conductance, electrical conductance, and Seebeck coefficient can be measured using this microdevice in the temperature range of 4–400 K of an evacuated Helium cryostat. Measurement sensitivity, errors, and uncertainty are discussed. Measurement results of a 148 nm and a 10 nm-diameter single wall carbon nanotube bundle are presented.

The thermal conductivity reduction due to grain boundary scattering is widely interpreted using a scattering length assumed equal to the grain size and independent of the phonon frequency (gray). To assess these assumptions and decouple the contributions of porosity and grain size, five samples of undoped nanocrystalline silicon have been measured with average grain sizes ranging from 550 to 64 nm and porosities from 17% to less than 1%, at temperatures from 310 to 16 K. The samples were prepared using current activated, pressure assisted densification (CAPAD). At low temperature the thermal conductivities of all samples show a T2 dependence which cannot be explained by any traditional gray model. The measurements are explained over the entire temperature range by a new frequency-dependent model in which the mean free path for grain boundary scattering is inversely proportional to the phonon frequency, which is shown to be consistent with asymptotic analysis of atomistic simulations from the literature. In all cases the recommended boundary scattering length is smaller than the average grain size. These results should prove useful for the integration of nanocrystalline materials in devices such as advanced thermoelectrics.

Abstract Three‐dimensional architecture of segregated network can significantly influence thermal behaviors of polymer composites, such as the melting temperature (T m ) and degradation temperature. However, there have been few systematic studies on the thermal behaviors of polypropylene (PP) composites with a segregated network that the fillers were selectively located in the polymeric particle interfaces. In this study, we found that introduction of the segregated graphene nanoplatelet (GNP) network induced the maximum T m of 177.6°C, extending the operating temperature by 11.5°C compared to the T m of composites with randomly dispersed GNPs. In contrast, the thermal degradation temperature of polymer composites varied insignificantly regardless of introduction of the segregated network because the thermal degradation of the polymer matrix occurred after the PP chains melted and the segregated GNP network collapsed at temperatures above the T m . Therefore, the incorporation of a segregated network can be an effective option for enhancing the T m and extending the operating temperature of the polymer composites. Highlights Segregated network induced the remarkable increase in melting temperature. Meanwhile, the segregated network had little effect on decomposition temperature. Segregated composite was efficient strategy for expanding operating temperature.