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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(wěn)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(yōu)異的力學性能,在光電器件、微納機電系統(tǒng)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(wěn)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(xù)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(shù)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(xù)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(xiàn)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(shù)值與文獻報道相符。此外,在三角波和正弦波兩種動態(tài)循環(huán)加載方式下,該測試方法均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。本文工作不僅發(fā)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(shù)據(jù)的力學統(tǒng)計分析打下了可靠的實驗基礎。
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