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二维材料力学性能首次测出

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来源: 标签: 2018-06-11 10:06:22
目前已知的材料特性都是基于材料的三维结构,而最薄的材料只有一个原子厚度,其二维力学性能完全不同于三维材料特性。为了获取和处理二维材料,迄今为止都是以三维材料薄膜形式替代。德国萨尔州大学物理学家乌韦·哈特曼和莱布尼茨新材料研究所的研究人员合作
目前已知的材料特性都是基于材料的三维结构,而最薄的材料只有一个原子厚度,其二维力学性能完全不同于三维材料特性。为了获取和处理二维材料,迄今为止都是以三维材料薄膜形式替代。德国萨尔州大学物理学家乌韦·哈特曼和莱布尼茨新材料研究所的研究人员合作,通过扫描隧道显微镜测量石墨烯,首次能够表征原子级薄膜材料的二维力学性能。相关结果刊登在专业杂志《纳米尺度》上。

近年来,二维材料备受关注。2010年,安德烈·吉姆和康斯坦丁·诺沃索洛夫因研究二维纯碳材料石墨烯而获得诺贝尔物理学奖,由此开启了诸如硅、锗等元素的二维材料制造和材料特性表征。哈特曼表示,一些二维材料的电子特性相当惊奇,如材料内的电子移动遵循相对论原理,而传统三维材料基本不是这样,在制造电子元件方面,这是一个有趣的优势。另外,二维材料的力学性能也是独一无二的,相对其厚度,显示出的力学稳定性比三维材料大得多。2013年,欧盟投入10亿欧元研究经费,将石墨烯列为旗舰项目,以进一步挖掘二维材料的潜力。

然而到目前为止,关于这些新材料力学性质的许多信息都来自模拟计算。哈特曼说:“二维材料一直只能作为三维材料表面上的薄膜来看待,而整个系统的性质不可避免地还是由三维材料来决定。”不过,在最新研究中,他们首次直接测量出了原子级薄碳改性二维材料的力学性能。“这使得模拟计算的数据可以直接与实验结果进行比较。此外,膜的晶格的各种缺陷对其力学性能的影响也将能够测量。”

哈特曼表示,二维材料可以给许多领域带来创新,从传感器、处理器到过滤技术和燃料电池等。(记者 顾钢)

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