完美的石墨烯是最強的材料之一，但是它的抗斷裂韌性仍需進(j務南ìn)一步提高。石墨烯與其它二維材料的抗斷裂能(néng)力與其斷裂錢車過(guò)程中的所表現出來的脆性相關，而且脆性使得二維材料的機械性花街能(néng)評估變得極其困難。

研究表明，將(jiāng)碳納米管引入塊狀材料可以顯著增韌和增強黑山材料，這(zhè)一設計理念與宏觀材料采用鋼筋黑日嵌入混凝土來增韌類似。到(dào)目前為止，許多研究都(dōu)集中在將(物綠jiāng)碳納米管有效分散到(dào)塊體材錯銀料，如金屬、聚合物和陶瓷，制備既強又韌的納米複合材料。近年來，一維碳納米管和二看東維石墨烯已被(bèi)成(chéng)功地能算結合在一起(qǐ)，制成(chén樂醫g)了所謂的“鋼筋石墨烯”，但是有關碳納米管如何增韌石墨烯的效計訊果和原因還(hái)不明确。

近日，美國(guó)Rice大學(x照師ué)的Jun Lou等人，對(d門身uì)碳納米管嵌入石墨烯的“鋼筋石墨烯”進(jì得都n)行了全面(miàn)的力學(xué)研究。Jun Lou及其合作者采用自錯南主設計的微觀力學(xué)器件對(duì器弟)“鋼筋石墨烯”進(jìn)行了原校雨位拉伸實驗，并結合分子動力學(xué)模拟視那揭示了植入的碳納米管提升石墨烯材料斷裂韌性電但的機理。相關成(chéng)果以“To內呢ughening Graphene by Integrat長們ing Carbon Nanot知務ubes”為題發(fā)表在ACS亮是 Nano上。

鋼筋石墨烯示意圖及拉曼光譜和HR子場TEM圖像

首先，Jun Lou等人通過(guò)議會一種(zhǒng)有效的二維材料“幹轉移”方法將(jiāng)單層“鋼筋石墨公舞烯”成(chéng)功地轉移到(dào)自主研制的微觀力學(xué)器件我南上，并在掃描電子顯微鏡内進(jìn)行了單軸拉伸試驗以獲取“鋼筋石墨烯”的力離請學(xué)性能(néng)及斷裂行為。

“幹轉移”方法示意圖及“鋼筋石墨烯”斷裂實驗

在比較石墨烯和鋼筋石墨烯中裂紋擴展後(hòu)，研究人員發(fā)現石墨笑你烯以線性脆性方式斷裂，“鋼筋石墨烯”的斷裂由碳納米管引導和重新定向(xiàn知刀g)，從而産生鋸齒形斷裂表面(miàn)。

“鋼筋石墨烯”的裂紋

進(jìn)一步地，Jun Lou等人用原位弟電透射電子顯微鏡拉伸實驗及分子動力學(xué用弟)模拟确認并證實“鋼筋石墨烯”的增韌機制。證明嵌入的碳納樂在米管可以使得裂紋擴展發(fā)生他服偏轉彎折，而且可以橋連已斷裂裂紋。

“鋼筋石墨烯”的單軸拉伸斷裂的MD學草模拟實驗

“鋼筋石墨烯”的CNT橋接的MD模拟

“鋼筋石墨烯”的增韌機制MD模拟

這(zhè)項工作提供了石墨烯雜化材料斷裂過冷離(guò)程的機理分析，并确定了二維材料可以被(bè開請i)有效增韌。雜化石墨烯材料的制備，為其它二維複姐煙合材料開(kāi)啟了新思路，而學筆且可以根據其柔性設備應用的需求進個人(jìn)行機械定制。