Como todos sabemos, os materiais bidimensionais possuem excelentes propriedades mecânicas Além do módulo e da resistência mecânica de Young, a tenacidade à fratura é também um índice mecânico muito importante, refletindo a capacidade dos materiais em resistir à instabilidade do crescimento de fissuras.
Como o material tem defeitos inerentes em aplicações práticas, a tenacidade à fratura pode refletir melhor as propriedades mecânicas do material, no entanto, para materiais com módulo de Young muito alto e resistência mecânica, a tenacidade à fratura não é necessariamente alta, por exemplo. O grafeno provou ser o material com o módulo de Young mais alto e força encontrada até agora, mas sua tenacidade à fratura é apenas cerca de 16 J / m2, que é menor do que alguns materiais tradicionais.As propriedades mecânicas frágeis dos materiais bidimensionais são Uma das razões importantes para sua baixa resistência à fratura.
Numerosos estudos demonstraram que a introdução de defeitos em escala nanométrica em materiais bidimensionais pode melhorar as propriedades plásticas do material e aumentar sua tenacidade à fratura, mas requer habilidades experimentais extremamente altas e equipamentos caros para controlar com precisão o tamanho dos defeitos introduzidos. E forma, e só pode ser alcançado em uma área muito pequena, é difícil escalar em materiais bidimensionais.
Em vista disto, a Universidade de Toronto Yu Sun, Chandra Veer Singh, Tobin Filleter equipa desenvolvida uma nova estratégia para a meios químicos para alterar as propriedades mecânicas, grupos funcionais químicos através da introdução de um material bidimensional, e aumentar a espessura do grafeno, que melhorou grandemente a Espera-se que as propriedades plásticas e a tenacidade à fratura de materiais bidimensionais sejam amplamente utilizadas em aplicações de materiais bidimensionais.
Os investigadores por microscopia electrónica de transmissão, o canhão de electrões é gravada em primeiro lugar por cerca de 10% da largura de fendas sobre o óxido de multicamadas grafeno, o óxido de grafeno Depois de fissuras foram ensaio de tracção in situ, em um dispositivo MEMS através de um microscópio electrónico de transmissão, até Completamente quebra.
Verificou-se, o óxido de grafeno multicamadas para inibir o mecanismo de fenda quando fissuras começou a expandir-se, e não como instantâneo como o filme de grafeno estendido na margem, mas parou no meio, um novo aumento do estresse, a fissura foi prolongada para o filme borda, este é o primeiro mecanismo de supressão de crack encontrado no material bidimensional.
Além disso, uma vez que o óxido de grafeno multi-camadas da curva não-linear de tensão-deformação, de modo que as fendas Geli Fei teorema não podem ser utilizados para calcular a resistência à fractura, a equipe demonstrou não há fissuras Teorema Aplicada Geli Fei de material bidimensional é não linear no texto razoabilidade, e a resistência à fractura do material não-linear indicado deve J- teoria integral proposto por Hutchinson e arroz calculado. equipa SEM imagem HD calculada pelo método dos elementos finitos e obtido J- teoria integral, óxido de grafeno multicamadas através a resistência à fractura é mais de 3 vezes o único grafeno de carbono puro.
causas potenciais por meio de simulações de dinâmica molecular, a equipe apontou que Toronto poderia levar a uma inibição de óxido de grafeno multi-camada está mostrando rachaduras: Para óxido de grafeno de camada única está em causa, uma vez que as rachaduras começaram a se expandir, terá naturalmente a perseguir mais facilmente quebrado átomos de carbono, oxidao de grupos funcionais, e quando o evento requer mais energia para destruir as ligações SP2, energia de deformação requer uma maior extensão de paragem; enquanto o óxido grafeno porque eles não têm o grupo funcional, ainda que requer mais elevada sob as mesmas condições fissuras de tensão de modo que a expansão começa, mas não apresentam fissuras inibição Além disso, as causas subjacentes de alta tenacidade, óxido de grafeno multi-camadas de monocamada de carbono puro de grafeno é quebrado: grafeno carbono puro cada estendidos fendas são os mesmos, e óxido de grafeno multicamada, uma vez que os grupos funcionais de óxido desordenada, cada uma das suas diferentes vias de propagao de crack, resultando na necessidade de uma maior energia de deformação.
Em resumo, este estudo fornece uma base teórica e experimental para a regulação química das propriedades mecânicas de materiais bidimensionais, e orienta novas direções para a preparação de materiais bidimensionais com maior resistência à fratura! Changhong Cao, Sankha Mukherjee, Yu Sun, Chandra Veer Singh, Tobin Filleter et al., Medição não-linear de tenacidade à fratura e resistência à propagação de trincas de multicamadas de grafeno funcionalizadas Sci. Adv. 2018; 4: eaao7202.