石墨烯与弹性衬底的界面力学性质研究

石墨烯拉曼光谱迁移与PET衬底的拉伸应变的变化关系

石墨烯许多优异的力学,电学和热学特性使其具有广泛的应用前景,例如作为可弯曲电子材料,透明电极,复合纳米材料等。作为一种由单层碳原子构成的二维材料,石墨烯与其衬底材料的界面相互作用对其性质具有很大的影响。美国北卡罗莱纳州立大学的姜涛博士和朱勇教授, 以及德克萨斯大学的黄锐教授对这一问题进行了深入的研究并揭示了石墨烯在弹性衬底材料上的力学性质及其与衬底材料的相互作用

研究组人员利用原位拉曼光谱仪和原子力显微镜对弹性衬底PET上的单层石墨烯的力学性质进行了详细的研究。通过拉伸和收缩PET衬底,在石墨烯中产生了拉伸和压缩应变。在整个衬底拉伸/收缩过程中,发现石墨烯与弹性衬底的相互作用表现出了两个关键的力学特性:当衬底的拉伸应变达到0.3%时,其上的石墨烯开始出现切向滑动;而当衬底产生在石墨烯上的压缩应变达到-0.7%时,石墨烯表面出现脊状屈曲。通过非线性剪滞模型对实验数据的分析,得出了石墨烯与衬底的界面剪切强度在0.46至0.69 MPa之间,而弹性衬底能够传递给石墨烯的最大应变则和石墨烯的大小有关。

该研究揭示了石墨烯与其他材料界面相互作用的非线性力学机制。对深入理解石墨烯的物理特性以及相关材料器件的研究设计具有指导意义。此外,这种新的实验方法也可以用来研究如氮化硼等其他的新型二维材料。