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2D材料

2D材料

石墨烯具有截止录制强度

17 Jul 2008 Isabelledumé.
比钉子更难

根据美国哥伦比亚大学的研究人员在美国的新实验,石墨烯是世界上最强大的材料。材料的秘诀’他的非凡力量说,该团队说谎在共价碳 - 碳键的稳健性以及测试中测试的石墨烯单层是无缺陷的。

自从“wonder material” graphene –碳床单只有一个原子厚–已在2004年发现,已被证明是一个非常好的电导体;可用于产生晶体管的半导体;和一个非常强大的材料。但现在,哥伦比亚大学’S James Hone,Jeffrey Kysar,Changgu Lee和Xiaoding Wei表明它是有史以来最强大的材料(科学 321 385)。

研究人员测量了材料的内在强度 - 即最大应力,即初始(或缺陷)材料可以在给定横截面中的所有原子的同时拉动之前,其最大应力能够承受。发现这是42 nm–1 并且代表无缺陷片的内在强度。

基本上所有材料都含有缺陷,例如微观裂缝或划痕,即“weaker”而不是周围材料。结果,宏观材料的断裂应力主要取决于它含有的缺陷的数量和尺寸,而不是其内在强度。

研究人员开始使用透明粘带从石墨源剥离石墨烯的个体原子层 - 制备单层石墨烯的最流行方式。接下来,将石墨烯薄片放在硅晶片上的一系列孔上–而是像将塑料固定膜放在微小的那样“muffin tin”。每个孔测量1.0或1.5μm。

微小的鼓

“每个石墨烯薄膜就像一个小滚筒,” explained Kysar, “除了鼓头只是厚的一个原子层。”然后,该团队使用原子力显微镜缩进石墨烯薄膜,其中金刚石尖端具有约20nm的半径。有必要使用钻石尖端,因为传统的硅尖端会在石墨烯断裂之前断裂。

单层石墨烯膜的力 - 位移响应允许科学家确定石墨烯膜的弹性性质。膜断裂和许多膜断裂力的统计分布的力允许它们计算石墨烯的内在强度。

“石墨烯的刚度实际上是‘off the chart’与其他类别相比,” Hone told physicsworld.com.. “这是由于石墨烯中的共价碳 - 碳键以及石墨烯膜的最高应力部分中的任何缺陷的含量。”

实验中使用的石墨烯单层是无缺陷的,因为它们是如此之小,这排除存在缺陷的东西 - 在宏观材料中不能满足的情况。鉴于共价碳 - 碳键的已知稳健性(也给出了高性能复合材料的碳纤维,它们显着刚度和强度),因此要求原始石墨烯是最强的材料是不合理的,” said Kysar.

强度上限

新结果也将作为实验‘benchmark’ 哥伦比亚大学詹姆斯河道

“石墨烯的固有强度可以被认为是一个‘upper bound’对于材料的强度 - 而是像钻石一样硬度 - 这可能是设计材料的工程师的目标,” added Hone. “新结果也将作为实验‘benchmark’为了验证在非常高的菌株处预测材料的弹性性质的各种理论和计算机模型。”

“要透视:如果纸张(通常具有约100μm的厚度)与原始石墨烯具有相同的强度,则需要超过20,000 n的力用铅笔刺穿它,” he explained. “这是施加2000公斤的质量的力量,或者是一辆大型车!”

该团队现在正在进行更多的实验来确定独立式单层石墨烯的摩擦特性,以及量化石墨烯和下面的基材之间的范德瓦尔斯力。

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