石墨烯的力學(xué)性能緊密相關(guān)的特性研究進(jìn)展

石墨烯的力學(xué)性能緊密相關(guān)的特性研究進(jìn)展

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(qiáng)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(jī)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(bǔ)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(qiáng)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。

石墨烯的力學(xué)性能緊密相關(guān)的特性研究進(jìn)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(xué)性能緊密相關(guān)。



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。

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