Đo Lường Các Tính Chất Đàn Hồi và Độ Bền Nội Tại của Graphene Dạng Đơn Lớp

American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 321 Số 5887 - Trang 385-388 - 2008
Changgu Lee1,2,3,4, Xiaoding Wei1,2,3,4, Jeffrey W. Kysar1,2,3,4, James Hone1,3,4
1Center for Electronic Transport in Molecular Nanostructures, Columbia University, New York, NY 10027, USA.
2Center for Nanostructured Materials, Columbia University, New York, NY 10027, USA.
3Defense Advanced Research Projects Agency Center for Integrated Micro/Nano-Electromechanical Transducers (iMINT), Columbia University, New York, NY 10027, USA.
4Department of Mechanical Engineering, Columbia University, New York, NY 10027, USA.

Tóm tắt

Chúng tôi đã đo lường các đặc tính đàn hồi và độ bền phá vỡ nội tại của màng graphene dạng đơn lớp tự do bằng phương pháp nén nano trong kính hiển vi lực nguyên tử. Hành vi lực-chuyển vị được diễn giải theo khung phản ứng ứng suất-biến dạng đàn hồi phi tuyến và cho ra độ cứng đàn hồi bậc hai và bậc ba lần lượt là 340 newton trên mét (N m\n –1\n ) và –690 Nm\n –1\n . Độ bền phá vỡ là 42 N m\n –1\n và đại diện cho sức mạnh nội tại của một tấm không có khuyết tật. Những thông số này tương ứng với mô đun Young là\n E\n = 1.0 terapascals, độ cứng đàn hồi bậc ba\n D\n = –2.0 terapascals, và sức mạnh nội tại σ\n int\n = 130 gigapascals cho than chì khối. Những thí nghiệm này thiết lập graphene là vật liệu mạnh nhất từng được đo lường, và cho thấy rằng các vật liệu nano hoàn hảo về mặt nguyên tử có thể được thử nghiệm cơ học đối với các biến dạng vượt xa khỏi vùng tuyến tính.

Từ khóa

#graphene #tính chất đàn hồi #độ bền phá vỡ #nén nano #kính hiển vi lực nguyên tử #ứng suất-biến dạng phi tuyến #mô đun Young #vật liệu nano #sức mạnh nội tại

Tài liệu tham khảo

10.1098/rsta.1921.0006

Q. Zhao, M. B. Nardelli, J. Bernholc, Phys. Rev. B65, 144105 (2002).

10.1103/PhysRevB.58.14013

J. P. Salvetatet al., Phys. Rev. Lett.82, 944 (1999).

T. W. Tombleret al., Nature405, 769 (2000).

S. Xie, W. Li, Z. Pan, B. Chang, L. Sun, J. Phys. Chem. Solids61, 1153 (2000).

10.1103/PhysRevLett.84.5552

10.1126/science.287.5453.637

B. G. Demczyket al., Mater. Sci. Eng. A334, 173 (2002).

B. I. Yakobson, P. Avouris, in Carbon Nanotubes (Springer-Verlag, Berlin, 2001), vol. 80, pp. 287–327.

K. S. Novoselov et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.102, 10451 (2005).

M. Poot, H. S. J. v. d. Zant, Appl. Phys. Lett.92, 063111 (2008).

I. W. Frank, D. M. Tanenbaum, A. M. Van der Zande, P. L. McEuen, J. Vac. Sci. Technol. B25, 2558 (2007).

K. S. Novoselovet al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.102, 10451 (2005).

10.1103/PhysRevLett.97.187401

Materials and methods are available as supporting material on Science Online.

R. N. Thurston, K. Brugger, Phys. Rev.133, A1604 (1964).

F. Liu, P. M. Ming, J. Li, Phys. Rev. B76, 064120 (2007).

R. Khareet al., Phys. Rev. B75, 075412 (2007).

R. Al-Jishi, G. Dresselhaus, Phys. Rev. B26, 4514 (1982).

Y. Huang, J. Wu, K. C. Hwang, Phys. Rev. B74, 245413 (2006).

10.1103/PhysRevLett.76.2511

J. F. Nye Physical Properties of Crystals (Oxford Univ. Press New York 1985).

K. T. Wan, S. Guo, D. A. Dillard, Thin Solid Films425, 150 (2003).

U. Komaragiri, M. R. Begley, J. Appl. Mech.72, 203 (2005).

10.1063/1.1659428

N. M. Bhatia, W. Nachbar, Int. J. Non-Linear Mech.3, 307 (1968).

B. Lawn Fracture of Brittle Solids (Cambridge Univ. Press New York ed. 2 1993).

E. Stolyarovaet al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.104, 9209 (2007).

We thank S. Berciaud for Raman spectroscopy of the graphene samples Namiki Inc. for AFM cantilevers and J. Hay and W. Oliver (MTS Nano Instruments) for useful interactions. We acknowledge support from NSF under awards CHE-0117752 CMMI-0500239 and DMR-0650555; iMINT (Award HR0011-06-1-0048); Air Force Office of Scientific Research grant FA9550-06-1-0214; and New York State Office of Science Technology and Academic Research. This work used shared experimental facilities supported primarily by the Materials Research Science and Engineering Center Program of NSF under award DMR-0213574 and the Cornell Nanoscale Science and Technology Facility a member of the National Nanotechnology Infrastructure Network which is supported by NSF (ECS-0335765).

Thông tin
Thông tin xuất bản

American Association for the Advancement of Science (AAAS)

Tập 321 Số 5887

385-388

Thông tin tác giả