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文檔簡介
1、石墨烯因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和各方面優(yōu)異的性能,被認(rèn)為是新一代電子器件中最具應(yīng)用潛力的材料。近年來,關(guān)于石墨烯機(jī)械性能的研究不斷深入,人們已從過去通過碳納米管的機(jī)械性能推斷平面石墨烯薄膜的機(jī)械性能發(fā)展到應(yīng)用各種理論模型及實(shí)驗(yàn)方法來測試這種薄膜材料的機(jī)械特性。但目前由于方法的差異及微觀操作的困難性,其機(jī)械性能尚無統(tǒng)一定論,且研究結(jié)果也是各有差異。因此,研究石墨烯薄膜材料的機(jī)械性能十分必要,不僅是對其機(jī)械性能的客觀認(rèn)識(shí),也為其今后在電子信息產(chǎn)品和微
2、/納機(jī)電系統(tǒng)(M/NEMS)等應(yīng)用中提供理論計(jì)算依據(jù),如計(jì)算產(chǎn)品工作性能,預(yù)估使用壽命等。
本文總結(jié)了近年來國內(nèi)外應(yīng)用于測試石墨烯等薄膜材料機(jī)械性質(zhì)的測試方法,綜合考慮了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室的條件,選取了其中一種最為合適的測試方法對石墨烯的機(jī)械性能進(jìn)行了研究。
本文基于原子力顯微鏡納米壓痕技術(shù)研究了機(jī)械剝離法制備的石墨烯的機(jī)械性能。研究發(fā)現(xiàn)隨著加載載荷的增加,單層石墨烯的彈性模量(楊氏模量)值呈現(xiàn)三個(gè)階段,不
3、完全彈性變形階段,彈性變形階段,塑性變形階段。第一個(gè)階段是由于石墨烯懸浮在孔上存在的微小褶皺引起的,這一階段薄膜的變形部分是自然拉伸變形,部分是彈性變形,第二個(gè)階段是完全彈性變形,這個(gè)階段所測得的楊氏模量值呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢,最后變形增加直至破裂。所以第二階段的測試值可以用來提取石墨烯彈性模量的真實(shí)值。
在對石墨烯彈性模量的研究中,探究了層數(shù)對其的影響,結(jié)果表明單層,雙層,四層石墨烯的彈性模量值均趨于一致,即它們有著相同的強(qiáng)度,并與
4、體態(tài)石墨的彈性模量值相近,這揭示了石墨烯層間作用力非常強(qiáng),幾乎不存在層間滑動(dòng)現(xiàn)象。此外,還探究了溫度對單層石墨烯機(jī)械性能的影響,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高,石墨烯的彈性模量下降,綜合分析了邊界滑動(dòng)的可能性以及小孔內(nèi)空氣的影響,從分子動(dòng)力學(xué)的角度推測隨著溫度的升高,石墨烯內(nèi)部原子受熱擾動(dòng),材料整體呈現(xiàn)出一種變軟的趨勢。
在對石墨烯摩擦性能的研究中,主要探究了有基底支撐的單雙層石墨烯的摩擦性能和懸浮狀態(tài)下的單雙層石墨烯的摩擦性能。研究
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