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國家納米中心二維材料力學性能研究取得新進展

2019-10-24

2019年9月13日,Phys. Rev. Lett. 《物理評論快報》作為封面圖片(PRL cover page image)和主編推薦論文(Editors’ Suggestion)發表了國家納米科學中心張忠、劉璐琪研究員在二維材料力學性能研究領域的最新工作,題為“多層范德華材料的彎曲”(Bending of Multilayer van der Waals Materials) [Guorui Wang et al., Phys. Rev. Lett. 123, 116101 (2019)]。

二維材料原子級厚度、低的面外剛度特征極其容易發生面外失穩,產生褶皺、鼓泡、圓筒卷以及折疊等微結構,這些面外變形與二維材料自身的彎曲剛度大小密切相關。受測試技術及納米尺度樣品操縱技術的制約,一直以來二維材料彎曲剛度實驗測量是一個技術挑戰。因此,研究人員大多沿用經典薄板理論中彎曲剛度(D)與彈性模量(E)、厚度(t3)的關系來估計材料的彎曲剛度。國家納米科學中心張忠、劉璐琪研究員與美國德克薩斯州奧斯丁分校黃瑞教授、清華大學徐志平教授合作,發展了普適性測量少層二維材料彎曲剛度的微孔鼓泡實驗技術,實現了少層石墨烯(Graphene)、六方氮化硼(hBN)、二硫化鉬(MoS2)等三種材料彎曲剛度的直接實驗測量。研究結果表明,由于二維材料層間存在剪切、滑移變形,導致材料彎曲剛度遠低于經典薄板D-E理論預測。受層間范德華作用力大小及二維材料原子結構特征共同影響,雖然三種材料彈性模量E表現出 (MoS2hBN>Graphene)。隨研究對象的尺寸近一步減小到納米尺度,少層范德華材料彎曲剛度和彈性模量間的關系已不再完全適用傳統連續介質力學框架下的相關理論。

研究團隊于2017年報道了利用微孔鼓泡實驗技術在國際上“首次”實驗測量了雙層石墨烯層間的界面剪切應力(Measuring interlayer shear stress in bilayer graphene) [Guorui Wang et al., Phys. Rev. Lett. 119, 036101 (2017)],本工作是在相關研究基礎上的延伸和拓展。

國家納米科學中心聯合培養研究生汪國睿博士、戴兆賀同學和中心碩士研究生肖俊凱同學為該論文共同第一作者。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金委和中科院先導B等項目的共同資助。

原文鏈接:URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.123.116101;

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.116101

(來源:國家納米科學中心



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