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石墨烯中的力學(xué)前沿理論綜述

石墨烯中的力學(xué)前沿理論綜述
碳豐科技  2025-03-11  |  閱讀:500

科學(xué)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(guān)注。各領(lǐng)域的研究從不同應(yīng)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(yīng)用前景寄予厚望。從力學(xué)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)帶來的獨特力學(xué)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(yīng)用過程中可靠性和耐久性問題的關(guān)鍵所在。

  近期,《國家科學(xué)評論》發(fā)表了由中國科學(xué)院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國家重點實驗室研究員魏宇杰和美國科羅拉多大學(xué)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)?;パa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(jié)構(gòu)的基本力學(xué)描述方法入手,綜述了目前力學(xué)領(lǐng)域關(guān)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(xué)理論層面需要深入研究的幾方面問題。

  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(xué)理論可為其他二維材料的力學(xué)研究提供借鑒,甚至可以直接用來描述其他材料的力學(xué)行為。

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(xué)性能緊密相關(guān)。


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