原位通孔鼓泡法測試二維材料楊氏模量
關(guān)鍵詞：二維材料 石墨烯 通孔鼓泡 楊氏模量 穩(wěn)定性
摘要：二維材料因其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)、新奇的物理特性和優(yōu)異的力學(xué)性能,在光電器件、微納機(jī)電系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,其中力學(xué)性能對于器件的制備、功能性、穩(wěn)定性以及服役壽命等方面尤為重要。本文提出了一種測量二維材料楊氏模量的普適性實(shí)驗(yàn)方法,借助通孔鼓泡技術(shù)對材料進(jìn)行連續(xù)可控加載,同時結(jié)合原子力探針技術(shù)原位表征其力學(xué)響應(yīng)。該技術(shù)較好地解決了文獻(xiàn)中常用恒定分子數(shù)鼓泡技術(shù)在測試二維材料楊氏模量中存在的加載周期長、加載不連續(xù)等弊端。以單層或雙層石墨烯薄膜為例,利用自行搭建的通孔鼓泡實(shí)驗(yàn)平臺結(jié)合原子力顯微技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鼓泡高度和直徑大小的原位測量,借助Hencky解獲得石墨烯楊氏模量,實(shí)驗(yàn)數(shù)值與文獻(xiàn)報道相符。此外,在三角波和正弦波兩種動態(tài)循環(huán)加載方式下,該測試方法均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。本文工作不僅發(fā)展了一種普適原位的二維材料楊氏模量實(shí)驗(yàn)測試方法,也為大面積二維材料薄膜力學(xué)性能的程序化測試與分析、高通量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的力學(xué)統(tǒng)計分析打下了可靠的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
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