原位通孔鼓泡法測試二維材料楊氏模量
關鍵詞：二維材料 石墨烯 通孔鼓泡 楊氏模量 穩定性
摘要：二維材料因其獨特的晶體結構、新奇的物理特性和優異的力學性能,在光電器件、微納機電系統等諸多領域有著廣闊的應用前景,其中力學性能對于器件的制備、功能性、穩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驗方法,借助通孔鼓泡技術對材料進行連續可控加載,同時結合原子力探針技術原位表征其力學響應。該技術較好地解決了文獻中常用恒定分子數鼓泡技術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驗平臺結合原子力顯微技術實現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,實驗數值與文獻報道相符。此外,在三角波和正弦波兩種動態循環加載方式下,該測試方法均表現出良好的穩定性。本文工作不僅發展了一種普適原位的二維材料楊氏模量實驗測試方法,也為大面積二維材料薄膜力學性能的程序化測試與分析、高通量實驗數據的力學統計分析打下了可靠的實驗基礎。
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