石墨烯的力學性能緊密相關的特性研究進展

石墨烯的力學性能緊密相關的特性研究進展

科學界對石墨烯物性研究取得的歷史性突破，使石墨烯受到了廣泛的關注。各領域的研究從不同應用背景出發(fā)，揭示了石墨烯可能擁有的諸多優(yōu)異性能，從而使人們對這些物性的應用前景寄予厚望。



從力學性能來看，對比完好的石墨烯片層與現(xiàn)有的工程材料的拉伸強度，前者要比后者高出兩個數(shù)量級以上。同時直覺告訴我們，單層原子結構的膜材料非常容易產(chǎn)生離面變形；并且，石墨烯的大面積制備又通常使其內(nèi)在缺陷不可避免。



理解這些由維度上的極限和新結構帶來的獨特力學行為及其與三維材料之間的差異，并建立新的描述這類變形行為的分析方法和理論體系，是解決石墨烯材料走向工程應用過程中可靠性和耐久性問題的關鍵所在。



近期，《國家科學評論》發(fā)表了由中國科學院力學研究所非線性力學國家重點實驗室研究員魏宇杰和美國科羅拉多大學伯德分校機械工程系教授楊榮貴共同撰寫的綜述文章Nanomechanics of graphene（Natl Sci Rev,2018,doi:10.1093/nsr/nwy067）。互補于其他介紹石墨烯各方面性能的綜述文章，該文從二維晶體結構的基本力學描述方法入手，綜述了目前力學領域關于石墨烯變形、強度、斷裂與基底材料間的相互作用等方面的理論工作，同時討論了從力學理論層面需要深入研究的幾方面問題。

石墨烯的力學性能緊密相關的特性研究進展

單層石墨烯的典型可調(diào)控形貌及可能的內(nèi)在缺陷。富勒烯和單壁碳納米管均可看成石墨烯的變形體。這一過程展示了石墨烯高度的面外變形能力，同時也顯示了這一過程中伴隨而生的典型缺陷。這些特性和石墨烯的力學性能緊密相關。



考慮到石墨烯作為最典型二維材料所具備的代表性意義，該文章涵括的力學理論可為其他二維材料的力學研究提供借鑒，甚至可以直接用來描述其他材料的力學行為。

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