ومن المعروف جيدا، واثنين من الأبعاد مواد لها خصائص ميكانيكية ممتازة، بالإضافة إلى معامل يونغ والقوة الميكانيكية، كسر صلابة هو أيضا مؤشر الميكانيكية مهم جدا، وهو ما يعكس قدرة على مقاومة المواد نمو الكراك غير مستقرة.
منذ المواد من التطبيقات العملية لها عيوب الكامنة، وبالتالي فإن كسر صلابة من المواد يمكن أن تعكس الخواص الميكانيكية في كثير من الحالات، معامل يونغ وقوة ميكانيكية عالية جدا، وارتفاع كسر صلابة ليست بالضرورة هي نفسها، على سبيل المثال أثبتت الجرافين ليكون أعلى معامل يونج وقوة المواد المكتشفة حتى الآن، ولكن كسر صلابة فقط حوالي 16 J / m2، وأقل من المواد التقليدية معينة، والخواص الميكانيكية للمواد هشة وأدى إلى ثنائي الأبعاد أحد الأسباب المهمة لصلابة الكسر المنخفضة.
وتشير العديد من الدراسات إلى أن إدخال ثنائي الأبعاد نانو النطاق العيوب المادية قد يؤدي إلى تعزيز خصائص البلاستيك من المواد، وزيادة تحسين المتانة كسر، ولكن هذا الأسلوب يتطلب تقنيات تجريبية عالية ومعدات باهظة الثمن من أجل التحكم بدقة حجم الخلل هو عرض والشكل ، ويمكن أن يتحقق إلا في منطقة صغيرة جدا ، فمن الصعب أن تتدرج إلى مواد ثنائية الأبعاد.
في ضوء ذلك، وجامعة تورنتو يو سون، شاندرا فير سينغ، توبين Filleter طور فريق استراتيجية جديدة للصناعات الكيماوية وسيلة لتغيير الخواص الميكانيكية، والمجموعات الوظيفية الكيميائية عن طريق إدخال المواد ثنائية الأبعاد، ويزيد من سماكة من الجرافين، مما أدى إلى تحسن إلى حد كبير ومن المتوقع أن يكلف وتستخدم على نطاق واسع تطبيقات واسعة النطاق في المواد ثنائية الأبعاد خصائص البلاستيكية وكسر صلابة من المواد ثنائية الأبعاد، و.
الباحثين انتقال المجهر الإلكتروني، وحفرت بندقية الإلكترون أول مرة من قبل حوالي 10٪ من الشقوق عرض على أكسيد الجرافين متعدد الطبقات، كان أكسيد الجرافين بعد الشقوق الموقعي اختبار الشد في جهاز MEMS من خلال المجهر الإلكتروني النافذ، حتى انه يكسر تماما.
تبين، وأكسيد الجرافين متعدد الطبقات لمنع آلية الكراك عندما بدأت الشقوق في التوسع، وليس لحظة مثل فيلم الجرافين تمتد إلى الحافة، ولكن توقفت في الوسط، وزيادة أخرى في التوتر، تم تمديد الكراك للفيلم على الحافة ، تم اكتشاف آلية منع الكراك لأول مرة في المواد ثنائية الأبعاد.
وعلاوة على ذلك، لأن أكسيد الجرافين متعدد الطبقات منحنى غير الخطية الإجهاد والانفعال، وبالتالي فإن الشقوق جيلي فاي نظرية لا يمكن أن تستخدم لحساب كسر صلابة، أظهر فريق أي شروخ نظرية التطبيقية جيلي فاي غير الخطية المواد ثنائية الأبعاد هي في النص معقولية، وكسر صلابة من المواد غير الخطية المشار إليها يجب ي- النظرية التكاملية التي كتبها هاتشينسون ورايس المحسوبة. فريق SEM المقترحة عبر HD صورة وتحسب على أساس طريقة العناصر المحدودة وحصلت J- النظرية التكاملية، وأكسيد الجرافين متعدد الطبقات صلابة الكسر هي أكثر من 3 أضعاف الجرافين النقي الكربون أحادي الطبقة.
الأسباب المحتملة عن طريق محاكاة ديناميات الجزيئية، وأشار الفريق إلى أن تورونتو قد تؤدي إلى متعدد الطبقات تثبيط أكسيد الجرافين تظهر الشقوق: لتشعر أكسيد الجرافين طبقة واحدة، عندما بدأت الشقوق في التوسع، وسوف يكون بطبيعة الحال إلى مواصلة كسر بسهولة أكبر ذرات الكربون، والأكسدة من المجموعات الوظيفية، وعندما يتطلب الحدث المزيد من الطاقة لتدمير السندات SP2، تتطلب الطاقة سلالة وقف تمديد أكبر، في حين أكسيد الجرافين لأنها ليست لديها مجموعة وظيفية، على الرغم من أنه يتطلب أعلى في ظل نفس الظروف الشقوق الإجهاد بحيث يبدأ هذا التوسع، ولكن لا يحمل الشقوق تثبيط بالإضافة إلى ذلك، يتم تقسيم الأسباب الكامنة وراء مثابرة عالية متعدد الطبقات أكسيد الجرافين من أحادي الطبقة الكربون النقي من الجرافين: الجرافين الكربون النقي كل الشقوق بمد هي نفسها، و أكسيد الجرافين متعدد الطبقات، لأن المجموعات الوظيفية أكسيد المختلين، كل من مسارات مختلفة الكراك انتشارها، مما أدى إلى الحاجة لمزيد من الطاقة سلالة.
باختصار ، توفر هذه الدراسة أساسًا نظريًا وتجريبيًا للتنظيم الكيميائي للخصائص الميكانيكية للمواد ثنائية الأبعاد ، وتوجيهات جديدة لإعداد المواد ثنائية الأبعاد مع متانة الكسر المعززة! Changhong Cao ، Sankha Mukherjee، Yu Sun، Chandra Veer Singh، Tobin Filleter et al.، Nonnessear fracture hardness measurement and crack propagation resistance of functional graphine multilayers functional Scho. Adv. 2018؛ 4: eaao7202.