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【材料】武大学者发现石墨烯新特性:在某些应变下能从正常固体相变为拉胀固体
李明 2017-03-24
导语

武汉大学动力与机械学院彭庆、刘胜教授课题组日前在研究中发现,石墨烯有一种反常弹性相变的新特性,即在某些应变下能从正常固体相变为拉胀固体。而拉胀固体具有良好的抗凹陷、抗冲击能力,在能量吸收、传感、隔离领域有广阔的应用前景

石墨烯是什么?这个名字中带“石墨”字样的材料,性能却远优于石墨,它是世上最薄但却最坚硬的纳米材料,未来可用于可穿戴设备的柔性屏幕、实现快速充电、研制高速飞行器、净化海水……

武汉大学动力与机械学院彭庆、刘胜教授课题组日前在研究中发现,石墨烯有一种反常弹性相变的新特性,即在某些应变下能从正常固体相变为拉胀固体。而拉胀固体具有良好的抗凹陷、抗冲击能力,在能量吸收、传感、隔离领域有广阔的应用前景。因此,该项研究有望为石墨烯的应用拓展新视野。

图:石墨烯反常弹性相变现象

相关成果近日发表于国际著名期刊2D Materials(《二维材料》,影响因子9.61)。该论文题为The normal-auxeticity mechanical phase transition in graphene(《石墨烯的正常-拉胀力学相变》)。通讯作者为彭庆、刘胜。

石墨烯是一种由单层碳原子构成的片状结构新材料,它是已知的世上最薄、最坚硬、导热性及导电性最好的纳米材料。石墨烯的这些特征使得它非常适合作为保护层和透明电子产品的原料,如制造下一代超级计算机、新一代太阳能电池、新型航空器材料、光子传感器、透明触摸屏等。

我们知道,在正常情况下,当一个固体被拉伸时,一般情况下其横向方向会收缩,这就是泊松比效应(泊松比是指材料在单向受拉或受压时,横向正应变与轴向正应变绝对值的比值)。只有在少数异常的情况下固体是拉胀的,即受拉时其垂直方向膨胀(拉胀)或受挤压时收缩(挤缩),即负泊松比效应。虽然石墨烯是典型的二维材料,但令人惊讶的是,石墨烯在某些应变下也能从正常固体变为拉胀固体。

课题组通过分子动力学模拟显示,石墨烯的这种正常到拉胀的机械相变只发生在沿扶手椅方向(即最近邻方向)的单轴拉伸,该特性在高达2400K的温度下持续。除了单层石墨烯具有这种反常弹性相变,双层和多层同样如此。发现这种独特的性质,可将石墨烯的应用扩展到复合板材、深水作业、航天航空、生物医用材料等领域。

文章链接:

Binghui Deng, et al, "The normal-auxeticity mechanical phase transition in graphene," 2D MaterialsVolume 4Number 2

(本文来源:武汉大学新闻网;)

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作者 李明

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