Недавние исследования исследований графена продолжались. Ученые из Института теоретической физики им. Рэндольфа в России обнаружили, что отношение Пуассона графена можно контролировать, изменяя приложенную силу тяги. Это открытие закончило полемику по поводу коэффициента Пуассона графена. Например, Пуассон важен, потому что это не просто показатель производительности. За ним скрытие многих функций напрямую повлияет на наше определение графена, поэтому это открытие является подрывным.
Как мы все знаем, чудо-материал graphene представляет собой двумерный материал, состоящий из одного слоя атомов углерода. Это очень противоречиво, потому что во многих отношениях он совершенно отличается от традиционных материалов. Одним из них является его электрические свойства и эластичность. Взаимосвязь между графеном и графеном имеет чрезвычайно высокую подвижность заряда, но это значение не является фиксированным и будет зависеть от эластичности. Значение подвижности значительно изменится при различных упругих силах. Физики пытались найти полное отражение. В результате этого аномального поведения они надеются найти физические характеристики, которые могут объяснить это явление и, как правило, применимы. После решения мы сможем более эффективно использовать графен, и нам легче создавать новые необходимые материалы. Однако исследователи До недавнего времени никаких разумных объяснений не было.
Для большинства материалов, когда они растянуты, они сокращаются в поперечном направлении, так же как и вытягивание резиновой ленты. Однако около ста лет назад немецкий физик Вальд М. Войт обнаружил, что кристаллы пирита тянут. Однако материал, который показывает ненормальное поведение при растяжении, называется ауксетическим материалом. В конце 1970-х годов ученые впервые создали такие материалы. Секрет аномального выпуклого материала исходит из того, что они не В обычных геометрических формах, когда материал расслаблен, их структурные единицы складываются друг в друга, но при воздействии растягивающего напряжения сложенная структура растягивается и размер становится более заметным мгновенно.
На рисунке а показано состояние нормального материала и ауксетического материала, когда они растянуты. Можно видеть, что складчатая единица ауксетического материала расширяется при растяжении, а боковой размер увеличивается, на фиг.2 показан продукт, сложенный в соответствии с правилом miura-ori при выпрямлении Появление выпуклости. Источник изображения: Институт теоретической физики им. Лэнгдо
Избухающий материал имеет множество необычных функций, которые помогут улучшить существующую технологию и создать новые технологии. Традиционные материалы будут расширяться при нагревании, что приведет к различным механическим нагрузкам и еще больше нарушит их первоначальную производительность. Однако ауксетический материал просто противоположный: при нагревании они могут сжиматься, поэтому мы можем попытаться использовать ауксетические материалы и традиционные материалы для получения композитного материала с нулевым коэффициентом расширения. Таким образом, с увеличением температуры традиционные материалы Объем увеличен, но ауксетический материал можно хорошо компенсировать для достижения конечной стабильности объема.
Обычно мы определяем способность материала сжиматься или растягиваться в поперечном направлении под напряжением как отношение Пуассона. Коэффициент Пуассона в целом положителен для нормальных материалов, но коэффициент Пуассона для ауксетических материалов отрицательный. Качоровский сказал: «Ученые Мы долгое время интересовались соотношением графена Пуассона, и мы обычно считаем его отрицательным. Однако некоторые недавние численные расчеты показывают, что коэффициент Пуассона графена может быть положительным или отрицательным. Результаты различных расчетов совершенно противоречивы.
Коэффициент Пуассона трудно измерить, и графену сложнее. Поскольку выращиваемый графен обычно находится на субстрате, различные субстраты не позволят нам измерить истинное отношение графена к Пуассону. Если мы не используем подложку, монолитный графен настолько мал, что его невозможно зажать на зажимном приспособлении для контролируемого испытания на растяжение. Не нужно ли измерять коэффициент Пуассона? Нет, исследование технологии углеродных материалов Для этого нужны и инженеры, которым нужно точно знать, выпукло ли графен.
Таким образом, ученые из Института теоретической физики им. Рандольфа работали над этим вопросом: они пытались «примирить» ранее противоречивые вычисления и найти точные параметры коэффициента сопоставления Пуассона. Однако, как показывают исследования Исходя из этого, они обнаружили, что это число не является фиксированным значением, оно будет меняться с натяжением. Исследователь Качёровский добавил: «Графен подвергается большому растягивающему напряжению, он будет иметь положительное соотношение Пуассона, как обычные материалы. Однако, когда напряжение растяжения уменьшается, графен начинает проявлять характеристики ауксетического материала с отрицательными значениями Пуассона.
Впоследствии они объяснили необычную связь между коэффициентом Пуассона и растяжением. Хотя большинство людей видят изображения графена как плоские двумерные атомы углерода, это не так. На этом «листе» есть много изгибов и волн. Они склонны менять графен из плоского в смятое состояние, поэтому графен не просто плоский, а складчатый, Это так уместно, что он ведет себя как плоская двумерная структура. Качоровский пояснил: «Научное понимание мембран в течение длительного времени состоит в том, что не было бы двумерных кристаллов, таких как графен. Они думают, что они всегда стремятся сжиматься мяч.
«Однако, как мы видели, открытие графена подавляет эту теорию. Наличие графеновых поверхностей должно быть подобно флуктуациям сжатия при растяжении, и они и поверхность складок будут иметь нелинейный эффект, предотвращая сжатие графена в шарики. На самом деле графен на самом деле не является двумерным кристаллом. Он должен быть промежуточным состоянием между двумерным и трехмерным.
Почему отношение Пуассона меняет знак? Это связано с тем, что при внешнем напряжении присущие колебаниям растяжения и давления поверхности графена будут иметь конкурентное влияние на эффект скольжения, вызванный внешним напряжением. Когда внешнее напряжение велико, возрастает ауксетическое поведение. Ингибирование, коэффициент Пуассона положителен, когда внешнее напряжение уменьшается, колебания напряжения и давления, вызванные поверхностным морщинкой графена, играют ведущую роль, а отношение Пуассона становится отрицательным. Именно по этой причине меняется знак отношения Пуассона.
Качоровский сказал: «Дополнительная энергия хранится в сгибах поперечной изгибной волны, поэтому графен показывает необычную эластичность и другие особые свойства. Это объясняет, почему графеновое тепло сжимается продольно из-за его поперечных складок. Таким образом, мы считаем, что универсальная функция, которая может объяснить поведение графена, - это коэффициент Пуассона. Пока мы достаточно хорошо понимаем коэффициент Пуассона, мы сможем четко определить Объясните аномальное поведение графена и предскажите другие свойства.
Что более важно, так это то, что текущие результаты также объясняют, почему предыдущие исследования по коэффициенту Пуассона графена были бы противоречивыми ». По расчетам мы получили анализ уравнений упругого равновесия целых графеновых листов. Результаты показывают, что графеновые пленки Существует два режима поведения: в общем, все свойства графена определяются стандартными значениями, а отношение Пуассона считается положительным. В то же время для длины так называемого Гюнцбурга (для графена, длины Гюнцбурга) Диапазон составляет от 40 до 70 ангстрем. Для больших образцов возникает эффект выбухания, и рассчитывается отрицательное отношение Пуассона ». Качоровский добавил:« Фактический размер выборки должен быть больше, поэтому мы можем видеть самое необычное вытягивание Опухоль.
Объяснение этого явления также связано с различными типами волн, которые взаимодействуют очень сложным образом. Длина Гюнцбурга характеризует масштаб, с помощью которого эти взаимодействия больше не игнорируются. В этом масштабе они начинают делать материал аномальным. Такие крупномасштабные взаимодействия, например, препятствуют сжатию двумерных кристаллов в шарики. Различные материалы имеют разные длины Гильцберга, и знание их конкретных диапазонов чрезвычайно важно для разработки новых материалов.
Качоровский предостерег, что люди обычно создают новые материалы, не рассчитывая длину Гюнцбурга, а затем пытаются найти специальности в их свойствах. Это совершенно неправильно. Если Гюнцбург имеет длину 1 км, то Образцы нормального размера вообще не показывают каких-либо специальных свойств. Поэтому важно знать длину Гюнцбурга.
Дискуссия по поводу коэффициента графена Пуассона подошла к концу, и аномальное поведение, вызванное выпуском графена, было прекрасно объяснено. Учитывая, что свойства графена так легко влияют на внешние силы, мы можем использовать его для создания высокочувствительных звуковых датчиков, поскольку акустические волны могут При рисовании графеновых пленок сопротивление графена значительно меняется при разной степени растяжения. Институт теоретической физики Рэндольфа поставил это приложение в повестку дня, рассчитав чувствительность этого детектора. Кроме того, скорость распространения звука в ауксетических материалах намного выше, чем скорость обычных материалов. Поэтому, когда графен находится в ауксетическом состоянии, звук распространяется очень быстро, что помогает нам построить датчик с быстрой скоростью реакции. Быстрое обнаружение колебаний звука.