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- 發(fā)布時間2020-05-13 11:55
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你知道石墨烯嗎？這種材料的特殊彈性拉伸，使其在多種領域的材料應用上成為可能。最近，香港城市大學機械工程學系副教授陸洋博士領導的研究團隊就開發(fā)嶄新方法，測試并發(fā)現(xiàn)單層石墨烯的“真實”力學性能。
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”的真實力學性能標準，推動這種高性能材料更好地應用在不同領域。
這項全球首次的發(fā)現(xiàn)，將有助推動石墨烯在不同領域的應用，如柔性手機觸摸屏。這可以說是機械工程學研究上的一個新的里程碑！
做第一個“真正拉伸一片獨立的單層石墨烯”的人
石墨烯屬于一種二維碳材料，是已知最強韌的物料，并具有高導電和高導熱特性，因此被視為“超級材料”，應用范圍廣泛，例如電晶體、生物感測器和電池。
構(gòu)造上，石墨烯是只有一個碳原子厚度的單層，所以科學家難以探究它的真實機械性能，如彈性極限和抗拉強度。在此之前的研究，僅涵蓋石墨烯的局部壓痕實驗和理論計算之理想極限。陸博士說：“并沒有人曾真正拉伸一片獨立的單層石墨烯，及測試其拉伸機械性能。”
研究成果被《自然通訊》《科學》收錄
陸博士的研究成果在國際著名科學期刊《自然通訊》發(fā)表，論文題為“獨立式單層石墨烯的彈性拉伸”。2020年2月21日的《科學》期刊也在“編輯精選”中推薦了這篇論文。 陸博士多年來致力研究不同納米物料的機械性能，其團隊研發(fā)出新方法，將大面積石墨烯轉(zhuǎn)移到獨特的測試平臺上，在掃描電子顯微鏡下作原位拉伸測試，觀測石墨烯拉伸和成形的變化。陸博士說：“研究的最大困難之一，是如何把非常輕和薄的單層石墨烯樣本完整轉(zhuǎn)移到獨立式測試平臺上，并在拉伸時保持力度平均。”
單層石墨烯樣本懸放于測試平臺上
實驗結(jié)果顯示，通過化學氣相沉積得到的單層石墨烯的抗拉強度達50至60千兆帕，彈性應變接近6%，楊氏模數(shù)（一般稱為彈性模數(shù)）則為920千兆帕，相當接近于理論值的約1000千兆帕。千兆帕是壓力計量單位。陸博士說：“這個研究花了約四年時間，我們在實驗過程克服了很多困難，展現(xiàn)石墨烯在應用中所能達到的真實性能。”
“超級材料”石墨烯的應用
石墨烯的拉伸力配合其強韌特性，可應用在柔性電子器件上，例如制造出更堅韌的電晶體、有機發(fā)光二極體及其他機械零件等；亦可用于制作復合材料、生物醫(yī)學研究、航空及國防范疇。
陸博士感謝城大為團隊提供一流科研設施，如城大深圳研究院納米制造實驗室、超金剛石及先進薄膜研究中心、先進結(jié)構(gòu)材料研究中心。城大一直鼓勵的跨學科合作，對他的研究也大有幫助。他說：“這次實驗結(jié)合力學、材料科學、化學和物理學，城大云集這些領域的優(yōu)秀人才。”研究團隊成員包括城大機械工程學系博士生曹可、韓英，化學系助理教授李淑惠博士，以及來自清華大學及西安電子科技大學的專家學者。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-14130-0
資料來源：香港城市大學，烯碳資訊編輯整理，轉(zhuǎn)載請注明出處
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