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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，實現(xiàn)了對單層石墨烯的定量拉伸測試。相關結果和實驗技術有助建立這種“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、先進結構材料研究中心。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，轉載請注明出處
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