城大首次展現(xiàn)石墨烯彈性拉伸和「真實(shí)」強(qiáng)度
香港城市大學(xué)（城大）機(jī)械工程學(xué)系副教授陸洋博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊開發(fā)嶄新方法，測試並發(fā)現(xiàn)單層石墨烯的「真實(shí)」力學(xué)性能。這項全球首次的發(fā)現(xiàn)，將有助推動石墨烯在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，如柔性手機(jī)觸摸屏。
陸博士的研究成果在國際著名科學(xué)期刊《自然 通訊》發(fā)表，論文題為「獨(dú)立式單層石墨烯的彈性拉伸」。2020年2月21日的《科學(xué)》期刊也在「編輯精選」中推薦了這篇論文。
石墨烯屬於一種二維碳材料，是已知最強(qiáng)韌的物料，並具有高導(dǎo)電和高導(dǎo)熱特性，因此被視為「超級材料」，應(yīng)用範(fàn)圍廣泛，例如電晶體、生物感測器和電池。
構(gòu)造上，石墨烯是只有一個碳原子厚度的單層，故科學(xué)家難以探究它的真實(shí)機(jī)械性能，如彈性極限和抗拉強(qiáng)度。此前的研究，僅涵蓋石墨烯的局部壓痕實(shí)驗(yàn)和理論計算之理想極限。
陸博士說：「並沒有人曾真正拉伸一片獨(dú)立的單層石墨烯，及測試其拉伸機(jī)械性能。」
陸博士多年來致力研究不同納米物料的機(jī)械性能，其團(tuán)隊研發(fā)出新方法，將大面積石墨烯轉(zhuǎn)移到獨(dú)特的測試平臺上，在掃描電子顯微鏡下作原位拉伸測試，觀測石墨烯拉伸和成形的變化。
陸博士說：「研究的最大困難之一，是如何把非常輕和薄的單層石墨烯樣本完整轉(zhuǎn)移到獨(dú)立式測試平臺上，並在拉伸時保持力度平均。」
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，通過化學(xué)氣相沉積得到的單層石墨烯的抗拉強(qiáng)度達(dá)50至60千兆帕，彈性應(yīng)變接近6%，楊氏模數(shù)（一般稱為彈性模數(shù)）則為920千兆帕，相當(dāng)接近於理論值的約1000千兆帕。千兆帕是壓力計量單位。
陸博士說：「這個研究花了約四年時間，我們在實(shí)驗(yàn)過程克服了很多困難，展現(xiàn)石墨烯在應(yīng)用中所能達(dá)到的真實(shí)性能?！?/p>
石墨烯的拉伸力配合其強(qiáng)韌特性，可應(yīng)用在柔性電子器件上，例如製造出更堅韌的電晶體、有機(jī)發(fā)光二極體及其他機(jī)械零件等；亦可用於製作複合材料、生物醫(yī)學(xué)研究、航空及國防範(fàn)疇。
陸博士感謝城大為團(tuán)隊提供一流科研設(shè)施，如城大深圳研究院納米製造實(shí)驗(yàn)室、超金剛石及先進(jìn)薄膜研究中心、先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料研究中心。城大一直鼓勵跨學(xué)科合作，對他的研究也大有幫助。他說：「這次實(shí)驗(yàn)結(jié)合力學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)，城大雲(yún)集這些領(lǐng)域的優(yōu)秀人才?！?/p>
研究團(tuán)隊成員包括城大機(jī)械工程學(xué)系博士生曹可、韓英，化學(xué)系助理教授李淑惠博士，以及來自清華大學(xué)及西安電子科技大學(xué)的專家學(xué)者。