Comme nous le savons tous, les matériaux bidimensionnels ont d'excellentes propriétés mécaniques.En plus du module d'Young et de la résistance mécanique, la ténacité à la rupture est aussi un indice mécanique très important, reflétant la capacité du matériau à résister à l'instabilité de la fissure.
Étant donné que le matériau présente des défauts inhérents aux applications pratiques, la ténacité à la rupture peut, dans de nombreux cas, mieux refléter les propriétés mécaniques du matériau.Toutefois, pour les matériaux à module d'Young et résistance mécanique très élevés, la ténacité n'est pas nécessairement élevée. Le graphène s'est avéré être le matériau ayant le module d'Young le plus élevé et la résistance la plus élevée, mais sa ténacité à la rupture n'est que d'environ 16 J / m2, ce qui est inférieur à certains matériaux traditionnels. Une des raisons importantes de sa faible ténacité à la rupture.
De nombreuses études ont montré que l'introduction de défauts nanométriques dans les matériaux bidimensionnels peut améliorer les propriétés plastiques du matériau et augmenter ainsi sa ténacité à la fracture, mais nécessite des compétences expérimentales extrêmement élevées et un équipement coûteux pour contrôler avec précision la taille des défauts introduits. Et la forme, et ne peut être atteint dans une très petite zone, il est difficile d'évoluer dans des matériaux bidimensionnels.
À cet égard, Yu Sun, Chandra Veer Singh et Tobin Filleter de l'Université de Toronto ont mis au point une nouvelle stratégie de modification chimique des propriétés mécaniques en introduisant des groupes fonctionnels chimiques dans des matériaux bidimensionnels et en augmentant l'épaisseur du graphène. Les propriétés plastiques et la ténacité à la rupture des matériaux bidimensionnels devraient être largement utilisées dans les applications de matériaux bidimensionnels.
En utilisant la microscopie électronique à transmission, les chercheurs ont d'abord gravé environ 10% de la largeur des fissures sur un oxyde de graphène multicouche à l'aide d'un canon à électrons, puis le test de traction in situ de l'oxyde de graphène fissuré. Il casse complètement.
Il a été trouvé, l'oxyde de graphène multicouche pour inhiber le mécanisme de fissure lorsque des fissures ont commencé à se développer, et non pas instantanée que le film de graphène étendu au bord, mais arrêté au milieu, une nouvelle augmentation du stress, la fissure a été étendue au film Au bord, ce mécanisme inhibiteur de fissures se trouve d'abord dans les matériaux bidimensionnels.
En outre, puisque la courbe contrainte-déformation non linéaire de l'oxyde de graphène multicouche, de sorte que les mailles du filet Geli théorème Fei ne peut pas être utilisée pour calculer la résistance à la rupture, l'équipe a démontré aucune fissure théorème Applied Geli Fei non linéaire matériau à deux dimensions se trouve dans le texte raisonnable et ténacité à la fracture du matériau non linéaire est indiqué J- théorie intégrale proposé par Hutchinson et Rice calculée. équipe SEM via l'image HD calculée par la méthode des éléments finis et obtenu J- théorie intégrale, l'oxyde de graphène multicouche La ténacité à la rupture est plus de trois fois supérieure à celle du graphène pur carbone monocouche.
Les causes possibles au moyen de simulations de dynamique moléculaire, l'équipe a fait remarquer que Toronto pourrait conduire à une inhibition de l'oxyde de graphène multicouche est montrant des fissures: Pour ce qui concerne l'oxyde de graphène monocouche, une fois que les fissures ont commencé à se développer, devront naturellement poursuivre plus facilement cassable atomes de carbone, l'oxydation de groupes fonctionnels, et lorsque l'événement nécessite plus d'énergie pour détruire les liaisons SP2, l'énergie de déformation nécessite une plus grande butée d'extension, tandis que l'oxyde de graphène parce qu'ils ne sont pas le groupe fonctionnel, mais il nécessite plus élevé dans les mêmes conditions fissures de contrainte de sorte que l'expansion commence, mais ne présente pas de fissures inhibition de plus, les causes de l'oxyde de graphène multicouche à haute ténacité sous-jacents de pur monocouche de carbone de graphène est cassé: pur graphène de carbone chacun des fissures étendues sont les mêmes, et Pour l'oxyde de graphène multicouche, en raison de la distribution désordonnée des groupes fonctionnels oxydés, le chemin de propagation des fissures de chaque couche est différent, ce qui entraîne le besoin de plus d'énergie de déformation.
En résumé, cette étude fournit une base théorique et expérimentale pour la régulation chimique des propriétés mécaniques des matériaux bidimensionnels, et guide de nouvelles directions pour la préparation de matériaux bidimensionnels avec une plus grande ténacité à la rupture! Changhong Cao, Sankha Mukherjee, Yu Sun, Chandra Veer Singh, Tobin Filleter et al., Mesure non linéaire de la ténacité à la rupture et de la résistance à la propagation des fissures des multicouches de graphène fonctionnalisé, Sci. Adv. 2018, 4: eaao7202.