中國研究人員在單層石墨烯力學性質研究中取得進展

中國研究人員日前在英國《自然·通訊》上發表報告説，他們借助新開發的技術，實現了對單層石墨烯的定量拉伸測試。相關結果和實驗技術有助建立這種“超級材料”的真實力學性能標準，推動這種高性能材料更好地應用在不同領域。

此前大量的理論計算均已表明單層石墨烯具有非常高的彈性模量和強度，被視為有廣泛應用潛力的“超級材料”。然而由於其構造上僅有薄薄一層原子，研究人員要開展相關的定量力學實驗仍需面對不少挑戰。

香港城市大學和清華大學的研究人員合作開發了精準的大面積石墨烯轉移、樣品形貌控制以及應變載入技術。基於這些技術，團隊在掃描電子顯微鏡實時觀測下實現了對單層石墨烯的定量拉伸測試。

實驗結果表明，通過化學氣相沉積製備的高品質單層石墨烯在拉伸條件下可實現高達5%的完全可回復彈性變形，其斷裂應變更達到約6%；同時，其彈性模量接近於理論值約1000兆帕，而抗拉強度達到了50至60兆帕。證實了單層石墨烯可具備極好的彈性變形能力，為其晶格應變調控奠定了基礎。

報告通訊作者、香港城市大學副教授陸洋接受新華社採訪時説：“此前的研究通常展示的都是石墨烯的理論性質和局域範圍的理想極限，實際上並沒有真正去拉伸測試一張無支撐的大面積單層石墨烯。我們克服了許多實驗困難，首次測得接近真實應用的場景中，單層石墨烯在拉伸條件下的力學性質依然能相當接近理論極限。”

陸洋説，目前有呼聲建立有關石墨烯産業應用的國際標準，這項成果將有助形成石墨烯的真實力學性能標準，從而推動這種高性能材料更好地應用在不同領域，比如製造出更好的飛機、高鐵輕量化部件以及更強韌的柔性觸摸屏等。