Forskydningsstivhed og friktionsmekanik af enkeltlagsgrafen målt for første gang

Forskere fra University of Bristol har for første gang målt og identificeret stress- og tøjningsforskydningsmodulet og intern friktion af grafenplader. Grafen er et materiale, der har mange potentielle banebrydende anvendelser i elektronik- og kompositindustrien.

Forskningen, i samarbejde med US Office of Naval Research, er udgivet i Nano bogstaver .

Grafen er opbygget af et enkelt lag af kulstofatomer arrangeret i et sekskantet gitter. Det er et lovende materiale til produktion af næste generations displays eller solceller, fordi det er fleksibelt, gennemsigtig og ledende.

For at grafen skal bruges som nanoelektromekaniske resonatorer eller nanosensorer, det er vigtigt at kende dets strukturelle adfærd og begrænsninger som et mekanisk materiale.

Fabrizio Scarpa, Professor i intelligente materialer og strukturer ved University of Bristols Advanced Composites Center for Innovation and Science (ACCIS), sagde:"For at forbedre designet af grafen -nanosensorer er det vigtigt at forstå den mekaniske adfærd og den naturlige iboende dæmpning og indre friktion af grafen. Vores resultater tyder på, at grafen produceret ved hjælp af kemisk dampaflejring kunne være et vigtigt alternativ til nanomekaniske sensorapplikationer."

Forskerne, ved hjælp af en teknik kaldet kemisk dampaflejring (CVD), dyrkede grafenfilm på kobberfolie i en kvartsrørsovn ved 1030 oC ved anvendelse af en blanding af metan og hydrogen.

Forskningen etablerede nogle af de elastiske egenskaber ved CVD-dyrket, enkeltlags grafenfilm på kobber. Resultaterne afslørede en slående forskel mellem enkelt- og flerlags grafenfilm i både forskydningsmodul og intern friktion. Denne forskel kan skyldes overgangen af ​​forskydningsgenoprettelseskraften fra kemisk binding i et lag til interaktioner mellem lag.

Det gennemsnitlige forskydningsmodul for de undersøgte film sammenlignede godt med de fleste af de teoretiske beregninger baseret på enkeltlags uberørte grafenstrukturer. Det høje forskydningsmodul og den lave indre friktion peger på en struktur med lav defektdensitet, der nærmer sig den for det uberørte grafen.

Resultaterne tyder på, at brug af CVD -materiale i nanomekaniske sensorapplikationer kan være et vigtigt alternativ.