宏观尺度单晶石墨烯的力学行为
介观与纳米尺度物理
2024-11-05 v1 材料科学
摘要
尽管已有大量微观尺度研究，单层石墨烯的宏观力学性能仍未被充分探索。在此，我们报道了厘米级单晶单层石墨烯（SCG）"狗骨"样品的杨氏模量（E = 1.11 ± 0.04 TPa）、抗拉强度（σ = 27.40 ± 4.36 GPa）和断裂应变（ε_f = 6.01 ± 0.92%），其边缘沿锯齿形（zz）方向排列，由超薄聚合物（聚碳酸酯）薄膜支撑。对于边缘沿扶手椅形（ac）方向的样品，我们获得 E = 1.01 ± 0.10 TPa，σ = 20.21 ± 3.22 GPa，ε_f = 3.69 ± 0.38%；对于边缘介于 zz 和 ac 之间的手性样品，我们获得 E = 0.75 ± 0.12 TPa，σ = 23.56 ± 3.42 GPa，ε_f = 4.53 ± 0.40%。SCG 通过化学气相沉积（CVD）在单晶 Cu(111) 箔上生长。我们使用自制的浮于水面（FOW）拉伸测试系统进行拉伸加载测量，该系统还可实现原位裂纹观察。量子化断裂力学（QFM）分析根据手性和切口角度预测了从数十纳米到几纳米的边缘缺陷尺寸。通过 Weibull 分析，并考虑到致命缺陷局限于宏观样品的边缘，我们根据手性预测了 A4 尺寸 SCG 的强度范围为 13.67 至 18.43 GPa。宏观尺度单晶石墨烯（SCG）的卓越力学性能为其在广泛领域的广泛应用铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2411.01440,
title = {The Mechanical Behavior of Macroscale Single-crystal Graphene},
author = {Anirban Kundu and Seyed Kamal Jalali and Minhyeok Kim and Meihui Wang and Da Luo and Sun Hwa Lee and Nicola M. Pugno and Won Kyung Seong and Rodney S. Ruoff},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.01440},
year = {2024}
}
备注
76 pages, 44 figures