Come tutti sappiamo, i materiali bidimensionali hanno eccellenti proprietà meccaniche: oltre al modulo di Young e alla resistenza meccanica, la resistenza alla frattura è anche un indice meccanico molto importante, che riflette la capacità dei materiali di resistere alla propagazione delle cricche.
Poiché il materiale delle applicazioni pratiche avere difetti intrinseci, quindi la tenacità del materiale può riflettere le caratteristiche meccaniche in molti casi, il modulo di Young e l'alta resistenza meccanica, elevata resistenza alla frattura non è necessariamente lo stesso, ad esempio grafene dimostrato di essere il più alto modulo di Young e resistenza dei materiali scoperti fino ad oggi, ma la resistenza alla frattura di soli circa 16 J / m2, a meno di alcuni materiali convenzionali, le proprietà meccaniche del materiale fragile è condotto ad una bidimensionale Una delle ragioni importanti per la sua bassa resistenza alla frattura.
Numerosi studi dimostrano che l'introduzione di un bidimensionale nanoscala difetti del materiale può esaltare le proprietà plastiche del materiale, e migliorare ulteriormente la resistenza alla frattura, tuttavia, questo metodo richiede alte tecniche sperimentali e costose attrezzature al fine di controllare con precisione le dimensioni del difetto viene introdotto E forma, e può essere raggiunto solo in un'area molto piccola, è difficile scalare in materiali bidimensionali.
In considerazione di ciò, l'Università di Toronto Yu Sun, Chandra Veer Singh, Tobin Filleter team ha sviluppato una nuova strategia per mezzi chimici per modificare le proprietà meccaniche, chimiche gruppi funzionali con l'introduzione di un materiale bidimensionale, e aumentare lo spessore di grafene, che ha migliorato notevolmente la Si prevede che le proprietà plastiche e la resistenza alla frattura dei materiali bidimensionali siano ampiamente utilizzate nelle applicazioni di materiali bidimensionali.
Ricercatori di microscopia elettronica a trasmissione, il cannone elettronico è inciso prima di circa il 10% delle fessure di larghezza sulla via ossido di grafene multistrato, l'ossido di grafene Dopo crepe erano prova di trazione situ in un dispositivo MEMS attraverso un microscopio elettronico a trasmissione, fino Si rompe completamente.
È stato trovato, l'ossido di grafene multistrato per inibire meccanismo crepa quando crepe iniziarono ad espandersi, e non come istante come il film grafene esteso al bordo, ma fermato nel mezzo, un ulteriore aumento dello stress, la fessura è stato esteso al film All'orlo, questo meccanismo di inibizione delle incrinature viene scoperto per la prima volta in materiali bidimensionali.
Inoltre, poiché la curva non lineare sforzo-deformazione ossido di grafene multistrato, così le crepe Geli Fei teorema non può essere utilizzato per calcolare la resistenza alla frattura, la squadra ha dimostrato crepe Teorema Applied Geli Fei lineare materiale bidimensionale è nel testo ragionevolezza, e tenacità del materiale non lineare ivi indicata J teoria integrale proposta da Hutchinson e Rice calcolato. squadra SEM immagine HD calcolata con il metodo degli elementi finiti e ottenuti J- teoria integrale, ossido di grafene multistrato via La resistenza alla frattura è più di 3 volte quella del grafene di carbonio puro a strato singolo.
Potenziali cause mediante simulazioni di dinamica molecolare, la squadra sottolineato che Toronto potrebbe portare ad un'inibizione di ossido di grafene multistrato si mostra crepe: Per ossido di grafene monostrato è interessato, una volta che le crepe iniziarono ad espandersi, naturalmente avrà perseguire più facilmente rotto atomi di carbonio, ossidazione di gruppi funzionali, e quando l'evento richiede più energia per distruggere i legami SP2, energia di deformazione richiede una maggiore fermata estensione; mentre l'ossido di grafene perché non hanno il gruppo funzionale, anche se richiede maggiore nelle stesse condizioni cricche di tensione in modo che l'espansione comincia, ma non presenta fessure inibizione Inoltre, le cause di alta tenacità multistrato ossido di grafene monostrato di carbonio puro di grafene è rotto: grafene carbonio puro ciascuna fessure estese sono gli stessi, e Per l'ossido di grafene multistrato, a causa della distribuzione disordinata dei gruppi funzionali ossidati, il percorso di propagazione della cricca di ogni strato è diverso, con conseguente necessità di più energia di sforzo.
In sintesi, questo studio fornisce una base teorica e sperimentale per la regolazione chimica delle proprietà meccaniche di materiali bidimensionali e guida nuove direzioni per la preparazione di materiali bidimensionali con maggiore resistenza alla frattura! Changhong Cao, Sankha Mukherjee, Yu Sun, Chandra Veer Singh, Tobin Filleter et al., Misurazione della resistenza alla frattura non lineare e resistenza alla propagazione di crack di multistrati di grafene funzionalizzati: Sci. Adv. 2018; 4: eaao7202.