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              二維材料力學性能首次測出
              文章來源:科技日報  2018.02.01
                近年來,二維材料備受關注。2010年,安德烈·吉姆和康斯坦丁·諾沃索洛夫因研究二維純碳材料石墨烯而獲得諾貝爾物理學獎,由此開啟了諸如硅、鍺等元素的二維材料制造和材料特性表征。哈特曼表示,一些二維材料的電子特性相當驚奇,如材料內的電子移動遵循相對論原理,而傳統三維材料基本不是這樣,在制造電子元件方面,這是一個有趣的優勢。另外,二維材料的力學性能也是獨一無二的,相對其厚度,顯示出的力學穩定性比三維材料大得多。
                目前已知的材料特性都是基于材料的三維結構,而最薄的材料只有一個原子厚度,其二維力學性能完全不同于三維材料特性。為了獲取和處理二維材料,迄今為止都是以三維材料薄膜形式替代。
                2013年,歐盟投入10億歐元研究經費,將石墨烯列為旗艦項目,以進一步挖掘二維材料的潛力。然而,由于石墨烯獨特的二維結構,現階段實驗條件對石墨烯進行力學性能測試的難度仍然很大,主要原因一方面是高質量石墨烯材料的制備較為困難,另外,可有效使用的實驗設備甚少,且載荷與變形量的測量精度不易保證。目前只有原子力顯微鏡(AFM)納米壓痕實驗系統可以有效使用,但仍須借助理論分析才能得到有效的材料力學性能參數。
                納米壓痕的結果具有一定的分散性,壓頭尺寸 、形狀 、位置以及材料本身的一些形貌特征對實驗結果會帶來較大的影響,需要進行大量試驗,采用多點測試,統計分析的方法才能獲得有意義的實驗結果。因此,目前關于這些二維新材料力學性質的許多信息都來自模擬計算。
                近日,德國薩爾州大學物理學家烏韋·哈特曼和萊布尼茨新材料研究所的研究人員合作,通過掃描隧道顯微鏡測量石墨烯力學性能,首次能夠表征原子級薄膜材料的二維力學性能。相關結果刊登在專業雜志《納米尺度》上。
                哈特曼表示,二維材料一直只能作為三維材料表面上的薄膜來看待,而整個系統的性質不可避免地還是由三維材料來決定。不過,在最新研究中,他們首次直接測量出了原子級薄碳改性二維材料的力學性能。這使得模擬計算的數據可以直接與實驗結果進行比較。此外,膜的晶格的各種缺陷對其力學性能的影響也將能夠測量。(顧鋼)
               
              [編輯:田田]
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