單層石墨烯“真實”力學性能
做第一個“真實拉伸一片獨立的單層石墨烯”的人
石墨烯屬于一種二維碳資料,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“超級資料”,運用范圍廣泛,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實在機械性能,如彈性極限和抗拉強度。在此之前的研討,僅涵蓋石墨烯的局部壓痕試驗和理論核算之理想極限。陸博士說:“并沒有人曾真實拉伸一片獨立的單層石墨烯,及測驗其拉伸機械性能。”
研討成果被《自然通訊》《科學》錄入
陸博士的研討成果在國際聞名科學期刊《自然通訊》宣布,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“修改精選”中引薦了這篇論文。
陸博士多年來努力研討不同納米物料的機械性能,其團隊研制出新辦法,將大面積石墨烯轉移到獨特的測驗平臺上,在掃描電子顯微鏡下作原位拉伸測驗,觀測石墨烯拉伸和成形的改變。陸博士說:“研討的最大困難之一,是如何把十分輕和薄的單層石墨烯樣本完好轉移到獨立式測驗平臺上,并在拉伸時保持力度平均。”
試驗結果顯現,經過化學氣相堆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(一般稱為彈性模數)則為920千兆帕,適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:“這個研討花了約四年時刻,我們在試驗過程克服了許多困難,展示石墨烯在運用中所能達到的實在性能。”
金屬箔(尤其是銅箔)上的化學氣相堆積(CVD)是目前制備大面積高質量石墨烯薄膜最具發展前景的辦法。研討小組研討了成長在銅箔上的石墨烯薄膜中為什么會出現“adlayers”,發現薄膜中的碳雜質直接導致adlayers的成核和成長。經過運用飛行時刻二次離子質譜和燃燒分析,發現商業銅箔有‘過量的碳’,尤其是在表面附近,深度約為300納米。經過與世界上最大的銅箔供應商之一,江西銅業有限公司的一位技術專家討論,研討人員了解到:
“超級資料”石墨烯的運用
石墨烯的拉伸力配合其強韌特性,可運用在柔性電子器件上,例如制造出更堅韌的電晶體、有機發光二極體及其他機械零件等;亦可用于制造復合資料、生物醫學研討、航空及國防范疇。
陸博士感謝城大為團隊供給一流科研設備,如城大深圳研討院納米制造試驗室、超金剛石及先進薄膜研討中心、先進結構資料研討中心。城大一直鼓舞的跨學科協作,對他的研討也大有幫助。他說:“這次試驗結合力學、資料科學、化學和物理學,城大云集這些領域的優秀人才。”研討團隊成員包含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。