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- 發(fā)布時(shí)間2020-05-13 11:55
- 發(fā)布人金彩集團(tuán)
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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(lǐng)域的材料應(yīng)用上成為可能。最近，香港城市大學(xué)機(jī)械工程學(xué)系副教授陸洋博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)就開發(fā)嶄新方法，測(cè)試并發(fā)現(xiàn)單層石墨烯的“真實(shí)”力學(xué)性能。
中國研究人員日前在英國《自然·通訊》上發(fā)表報(bào)告說，他們借助新開發(fā)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單層石墨烯的定量拉伸測(cè)試。相關(guān)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)技術(shù)有助建立這種“超級(jí)材料”的真實(shí)力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)這種高性能材料更好地應(yīng)用在不同領(lǐng)域。
這項(xiàng)全球首次的發(fā)現(xiàn)，將有助推動(dòng)石墨烯在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，如柔性手機(jī)觸摸屏。這可以說是機(jī)械工程學(xué)研究上的一個(gè)新的里程碑！
做第一個(gè)“真正拉伸一片獨(dú)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(qiáng)韌的物料，并具有高導(dǎo)電和高導(dǎo)熱特性，因此被視為“超級(jí)材料”，應(yīng)用范圍廣泛，例如電晶體、生物感測(cè)器和電池。
構(gòu)造上，石墨烯是只有一個(gè)碳原子厚度的單層，所以科學(xué)家難以探究它的真實(shí)機(jī)械性能，如彈性極限和抗拉強(qiáng)度。在此之前的研究，僅涵蓋石墨烯的局部壓痕實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算之理想極限。陸博士說：“并沒有人曾真正拉伸一片獨(dú)立的單層石墨烯，及測(cè)試其拉伸機(jī)械性能。”
研究成果被《自然通訊》《科學(xué)》收錄
陸博士的研究成果在國際著名科學(xué)期刊《自然通訊》發(fā)表，論文題為“獨(dú)立式單層石墨烯的彈性拉伸”。2020年2月21日的《科學(xué)》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(jī)械性能，其團(tuán)隊(duì)研發(fā)出新方法，將大面積石墨烯轉(zhuǎn)移到獨(dú)特的測(cè)試平臺(tái)上，在掃描電子顯微鏡下作原位拉伸測(cè)試，觀測(cè)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(dú)立式測(cè)試平臺(tái)上，并在拉伸時(shí)保持力度平均。”
單層石墨烯樣本懸放于測(cè)試平臺(tái)上
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，通過化學(xué)氣相沉積得到的單層石墨烯的抗拉強(qiáng)度達(dá)50至60千兆帕，彈性應(yīng)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(dāng)接近于理論值的約1000千兆帕。千兆帕是壓力計(jì)量單位。陸博士說：“這個(gè)研究花了約四年時(shí)間，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程克服了很多困難，展現(xiàn)石墨烯在應(yīng)用中所能達(dá)到的真實(shí)性能。”
“超級(jí)材料”石墨烯的應(yīng)用
石墨烯的拉伸力配合其強(qiáng)韌特性，可應(yīng)用在柔性電子器件上，例如制造出更堅(jiān)韌的電晶體、有機(jī)發(fā)光二極體及其他機(jī)械零件等；亦可用于制作復(fù)合材料、生物醫(yī)學(xué)研究、航空及國防范疇。
陸博士感謝城大為團(tuán)隊(duì)提供一流科研設(shè)施，如城大深圳研究院納米制造實(shí)驗(yàn)室、超金剛石及先進(jìn)薄膜研究中心、先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料研究中心。城大一直鼓勵(lì)的跨學(xué)科合作，對(duì)他的研究也大有幫助。他說：“這次實(shí)驗(yàn)結(jié)合力學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)，城大云集這些領(lǐng)域的優(yōu)秀人才。”研究團(tuán)隊(duì)成員包括城大機(jī)械工程學(xué)系博士生曹可、韓英，化學(xué)系助理教授李淑惠博士，以及來自清華大學(xué)及西安電子科技大學(xué)的專家學(xué)者。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-14130-0
資料來源：香港城市大學(xué)，烯碳資訊編輯整理，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處
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