石墨烯的機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、石墨烯因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和各方面優(yōu)異的性能，被認(rèn)為是新一代電子器件中最具應(yīng)用潛力的材料。近年來(lái)，關(guān)于石墨烯機(jī)械性能的研究不斷深入，人們已從過(guò)去通過(guò)碳納米管的機(jī)械性能推斷平面石墨烯薄膜的機(jī)械性能發(fā)展到應(yīng)用各種理論模型及實(shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)試這種薄膜材料的機(jī)械特性。但目前由于方法的差異及微觀操作的困難性，其機(jī)械性能尚無(wú)統(tǒng)一定論，且研究結(jié)果也是各有差異。因此，研究石墨烯薄膜材料的機(jī)械性能十分必要，不僅是對(duì)其機(jī)械性能的客觀認(rèn)識(shí)，也為其今后在電子信息產(chǎn)品和微

2、/納機(jī)電系統(tǒng)(M/NEMS)等應(yīng)用中提供理論計(jì)算依據(jù)，如計(jì)算產(chǎn)品工作性能，預(yù)估使用壽命等。
　　本文總結(jié)了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外應(yīng)用于測(cè)試石墨烯等薄膜材料機(jī)械性質(zhì)的測(cè)試方法，綜合考慮了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室的條件，選取了其中一種最為合適的測(cè)試方法對(duì)石墨烯的機(jī)械性能進(jìn)行了研究。
　　本文基于原子力顯微鏡納米壓痕技術(shù)研究了機(jī)械剝離法制備的石墨烯的機(jī)械性能。研究發(fā)現(xiàn)隨著加載載荷的增加，單層石墨烯的彈性模量（楊氏模量）值呈現(xiàn)三個(gè)階段，不

3、完全彈性變形階段，彈性變形階段，塑性變形階段。第一個(gè)階段是由于石墨烯懸浮在孔上存在的微小褶皺引起的，這一階段薄膜的變形部分是自然拉伸變形，部分是彈性變形，第二個(gè)階段是完全彈性變形，這個(gè)階段所測(cè)得的楊氏模量值呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢(shì)，最后變形增加直至破裂。所以第二階段的測(cè)試值可以用來(lái)提取石墨烯彈性模量的真實(shí)值。
　　在對(duì)石墨烯彈性模量的研究中，探究了層數(shù)對(duì)其的影響，結(jié)果表明單層，雙層，四層石墨烯的彈性模量值均趨于一致，即它們有著相同的強(qiáng)度，并與

4、體態(tài)石墨的彈性模量值相近，這揭示了石墨烯層間作用力非常強(qiáng)，幾乎不存在層間滑動(dòng)現(xiàn)象。此外，還探究了溫度對(duì)單層石墨烯機(jī)械性能的影響，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，石墨烯的彈性模量下降，綜合分析了邊界滑動(dòng)的可能性以及小孔內(nèi)空氣的影響，從分子動(dòng)力學(xué)的角度推測(cè)隨著溫度的升高，石墨烯內(nèi)部原子受熱擾動(dòng)，材料整體呈現(xiàn)出一種變軟的趨勢(shì)。
　　在對(duì)石墨烯摩擦性能的研究中，主要探究了有基底支撐的單雙層石墨烯的摩擦性能和懸浮狀態(tài)下的單雙層石墨烯的摩擦性能。研究