中國研究人員日前在英國《自然·通訊》上發(fā)表報告說，他們借助新開發(fā)的技術(shù)，實現(xiàn)了對單層石墨烯的定量拉伸測試。相關(guān)結(jié)果和實驗技術(shù)有助建立這種“超級材料”的真實力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)，推動這種高性能材料更好地應(yīng)用在不同領(lǐng)域。
此前大量的理論計算均已表明單層石墨烯具有非常高的彈性模量和強(qiáng)度，被視為有廣泛應(yīng)用潛力的“超級材料”。然而由于其構(gòu)造上僅有薄薄一層原子，研究人員要開展相關(guān)的定量力學(xué)實驗仍需面對不少挑戰(zhàn)。
香港城市大學(xué)和清華大學(xué)的研究人員合作開發(fā)了精準(zhǔn)的大面積石墨烯轉(zhuǎn)移、樣品形貌控制以及應(yīng)變加載技術(shù)。基于這些技術(shù)，團(tuán)隊在掃描電子顯微鏡實時觀測下實現(xiàn)了對單層石墨烯的定量拉伸測試。
實驗結(jié)果表明，通過化學(xué)氣相沉積制備的高質(zhì)量單層石墨烯在拉伸條件下可實現(xiàn)高達(dá)5%的完全可回復(fù)彈性變形，其斷裂應(yīng)變更達(dá)到約6%;同時，其彈性模量接近于理論值約1000兆帕，而抗拉強(qiáng)度達(dá)到了50至60兆帕。證實了單層石墨烯可具備極好的彈性變形能力，為其晶格應(yīng)變調(diào)控奠定了基礎(chǔ)。
報告通訊作者、香港城市大學(xué)副教授陸洋接受新華社采訪時說：“此前的研究通常展示的都是石墨烯的理論性質(zhì)和局域范圍的理想極限，實際上并沒有真正去拉伸測試一張無支撐的大面積單層石墨烯。我們克服了許多實驗困難，首次測得接近真實應(yīng)用的場景中，單層石墨烯在拉伸條件下的力學(xué)性質(zhì)依然能相當(dāng)接近理論極限。”
陸洋說，目前有呼聲建立有關(guān)石墨烯產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的國際標(biāo)準(zhǔn)，這項成果將有助形成石墨烯的真實力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)，從而推動這種高性能材料更好地應(yīng)用在不同領(lǐng)域，比如制造出更好的飛機(jī)、高鐵輕量化部件以及更強(qiáng)韌的柔性觸摸屏等。(記者張家偉)
關(guān)鍵詞： 單層石墨烯力學(xué)性質(zhì)
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