完美的石墨烯是最強的材料之一，但是它的抗斷裂韌性仍需進(jìn)民電一步提高。石墨烯與其它二維材料的抗斷裂能(néng)力與其斷裂過(雜到guò)程中的所表現出來的脆性相關，而且脆性使得二維材料化見的機械性能(néng)評估變得極其困難。

研究表明，將(jiāng)碳納米管引入塊狀材料少雜可以顯著增韌和增強材料，這(zhè)如關一設計理念與宏觀材料采用鋼筋嵌入混凝土來增韌類似。到(dào)目前為止體湖，許多研究都(dōu)集中在將(jiā師少ng)碳納米管有效分散到(dào)塊體材料，如金屬、聚合物和陶店鐘瓷，制備既強又韌的納米複合材料。近年來，一維碳納米醫都管和二維石墨烯已被(bèi)成(chéng)功地下廠結合在一起(qǐ)，制成(chéng)了所謂的“鋼筋石墨烯”，但是有醫術關碳納米管如何增韌石墨烯的效果和原因還(h麗道ái)不明确。

近日，美國(guó)Rice大學(xué)的Jun 你你Lou等人，對(duì)碳納米管嵌入石墨烯的體商“鋼筋石墨烯”進(jìn)行了全面(m中紙iàn)的力學(xué)研究。Jun Lou及其合作者采用自主設計木有的微觀力學(xué)器件對(du弟笑ì)“鋼筋石墨烯”進(jìn)行了原位拉伸實驗，并結你視合分子動力學(xué)模拟揭示了植入的碳納米管提升石墨烯材料斷裂韌性的機坐化理。相關成(chéng)果以“Toughening Graph國計ene by Integrating Carb拍那on Nanotubes”為題發(fā)表在ACS Nano我喝上。

鋼筋石墨烯示意圖及拉曼光譜和HRTEM圖像

首先，Jun Lou等人通過(guò)一種(zhǒng)有效的二維材料商公“幹轉移”方法將(jiāng)單層“鋼筋石黃長墨烯”成(chéng)功地轉移到(外技dào)自主研制的微觀力學(xué)器件上，并在掃描電子顯微鏡内進(jìn)行少山了單軸拉伸試驗以獲取“鋼筋石墨烯”的力學(xu微訊é)性能(néng)及斷裂行為。

“幹轉移”方法示意圖及“鋼筋石墨烯”斷裂實驗

在比較石墨烯和鋼筋石墨烯中裂紋擴展後(hòu)，研究人員發(低但fā)現石墨烯以線性脆性方式斷裂，“鋼筋石墨烯”的斷裂由碳納米管地紅引導和重新定向(xiàng)，從而産生鋸齒形斷裂表面(miàn)。

“鋼筋石墨烯”的裂紋

進(jìn)一步地，Jun Lou等人用原位透射電子顯微鏡拉伸實驗草都及分子動力學(xué)模拟确認并證實“鋼筋石墨烯”的增韌機制。證明嵌入的碳離個納米管可以使得裂紋擴展發(fā)生偏轉彎折，東件而且可以橋連已斷裂裂紋。

“鋼筋石墨烯”的單軸拉伸斷裂的MD模拟實驗

“鋼筋石墨烯”的CNT橋接的MD車國模拟

“鋼筋石墨烯”的增韌機制MD模拟

這(zhè)項工作提供了石墨烯雜化材料斷裂過(guò)程水花的機理分析，并确定了二維材料可以被(bèi時書)有效增韌。雜化石墨烯材料的制備鐵人，為其它二維複合材料開(kāi離電)啟了新思路，而且可以根據其柔性設備應用的需求進(jìn)行機械定制。