• 首页 | 期刊简介 | 编委会 | 投稿须知 | 下载专区 | 联系我们 | English
肖钧凯,汪国睿,戴兆贺,缪泓,刘璐琪*,张忠*.多层二维材料纳米压痕实验研究[J].实验力学,2018,33(5):675~684
多层二维材料纳米压痕实验研究
Nanoindentation of multilayer two-dimensional materials: an experimental study
投稿时间: 2018-03-29  最后修改时间: 2018-05-08
DOI:10.7520/1001-4888-18-061
中文关键词:  二维材料  纳米压痕  力学性能  弯曲刚度  层间耦合作用
英文关键词:two-dimensional materials  nanoindentation test  mechanical properties  bending stiffness  interlayer interaction
基金项目:国家重大科学研究计划(2012CB937503)和国家自然科学基金(21474023, 11225210, 11225421)资助
作者单位
肖钧凯 1.中国科学技术大学 近代力学系 中科院材料力学行为和设计重点实验室 合肥 230027 2.国家纳米科学中心 中科院纳米科学卓越创新中心 中科院纳米系统与多级次制造实验室 北京 100190 
汪国睿 1.中国科学技术大学 近代力学系 中科院材料力学行为和设计重点实验室 合肥 230027 2.国家纳米科学中心 中科院纳米科学卓越创新中心 中科院纳米系统与多级次制造实验室 北京 100190 
戴兆贺 国家纳米科学中心 中科院纳米科学卓越创新中心 中科院纳米系统与多级次制造实验室 北京 100190 
缪泓 中国科学技术大学 近代力学系 中科院材料力学行为和设计重点实验室 合肥 230027 
刘璐琪* 国家纳米科学中心 中科院纳米科学卓越创新中心 中科院纳米系统与多级次制造实验室 北京 100190 
张忠* 国家纳米科学中心 中科院纳米科学卓越创新中心 中科院纳米系统与多级次制造实验室 北京 100190 
摘要点击次数: 57
全文下载次数: 27
中文摘要:
      多层二维材料在诸多应用领域拥有广阔的前景,其力学性能是保证材料和器件性能与服役寿命的关键性因素。然而,在以往的力学表征中,其层间耦合作用对于力学性能测量的影响往往被忽略,对随着厚度增加而带来的弯曲刚度效应也缺乏相应关注。本文基于原子力显微镜的纳米压痕技术研究了多层石墨烯、六方氮化硼和二硫化钼的力学行为,实现了其力学性能的准确测量。实验结果表明,随着二维材料片层厚度的增加,受弯曲刚度影响,其力学行为从薄膜特征向线性板特征转变。对于表现出板行为的材料,我们采用“柔度法”计算其杨氏模量,所得数值与薄膜行为的求解较为一致。同时,我们发现多层二维材料体系中,由于层间相互耦合作用较弱,在变形过程中容易引起层间相对滑移,因而造成所测力学性能的弱化。本文的工作不仅发展了一种测量厚层二维纳米材料力学性能的方法,还揭示了层间耦合作用对于多层二维材料变形行为的影响,为探究二维异质结的结构-性能关系乃至微纳器件的制备加工提供了新的思路。
英文摘要:
      Multilayer two-dimensional (2D) materials has broad prospects in many application fields, and their mechanical properties determine the overall performance and lifetime of devices and composite materials. However, in previous works upon the mechanical characterization on 2D materials, the multilayer system is typically treated as a single sheet where the influence of interlayer interaction on the deformation is often overlooked. Additionally, the increasingly dominant role of bending stiffness in the deformation with growing thickness also lacks enough attention in the mechanical analysis. Herein, we systematically investigated the mechanical behavior of multilayer graphene, hexagonal boron nitride (h-BN) and molybdenum disulfide (MoS2) in AFM nanoindentation tests and accurately measured their mechanical properties. The experimental results show that, with increasing thickness and hence bending stiffness, a transition from membrane to the linear plate behavior can be observed. To calculate the Young's modulus of 2D material exhibiting plate characteristics, we proposed the “compliance method” and obtained values are consistent with the membrane solutions. Furthermore, we found that the relatively weak interlayer interaction between layers in 2D materials can easily induce the shear sliding during indentation, leading to the degradation of the measured mechanical properties. Through the comparison of the thickness-dependent mechanical properties of three different 2D materials, we can draw the conclusion that the interlayer interaction between h-BN layers is stronger than that of graphene due to distinct electronic structures, while MoS2 tends to be the weakest among them, possibly resulting from its “sandwich” structure feature in one layer.
查看全文  查看/发表评论  下载PDF阅读器
关闭

版权所有:《实验力学》编辑部
您是本站第 1706491 位访问者,今日一共访问316次,当前在线人数: 8
技术支持:本系统由北京勤云科技发展有限公司设计