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中国研究人员最近在《自然通讯》(nature communications)杂志上发表报告称,他们利用新开发的技术实现了单层石墨烯的定量拉伸测试。研究结果和实验技术将有助于为这种“超级材料”建立一个真正的力学性能标准,并促进这种高性能材料在不同领域的更好应用。大量的理论计算表明,单层石墨烯具有很高的弹性模量和强度,被认为是一种具有广泛应用潜力的“超材料”。然而,由于其结构中只有一层很薄的原子,研究人员在进行相关定量力学实验时仍面临诸多挑战。
来自香港城市大学和清华大学的研究人员开发了精确的大面积石墨烯转移、样品形貌控制和应变加载技术。基于这些技术,团队在扫描电子显微镜(sem)下对单层石墨烯进行实时定量拉伸测试。实验结果表明,化学气相沉积法制备的高质量单层石墨烯在拉伸条件下可实现高达5%的完全可恢复性弹性变形,其断裂应在6%左右。同时,其弹性模量接近理论值约1000 mpa,抗拉强度达到50 ~ 60mpa。证明单层石墨烯具有良好的弹性变形能力,为晶格应变调控奠定了基础。
该报告的通讯作者、香港城市大学副教授吕洋在接受新华社采访时表示:“此前的研究已经大致展示了石墨烯的理论特性及其理想的本地范围。”我们已经克服了许多实验上的困难,而且我们第一次能够在接近真实世界的情况下测量单层石墨烯在拉伸条件下的力学性能,这仍然非常接近理论极限。”陆洋说,有调用基于石墨烯的应用行业国际标准,结果将有助于形成石墨烯的力学性能标准,以促进高性能材料更好的应用在不同的领域,比如做一个更好的飞机,高铁轻量级组件和更具弹性灵活的触摸屏,等等。