力學(xué)所《Nano Lett》：揭示納米級褶皺的增強增韌反常規(guī)機制！

搞不銹鋼的

2021年6月7日 10:08

近日，中國科學(xué)院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國家重點實驗室研究員魏宇杰研究團(tuán)隊通過原子尺度模擬和理論分析，報道了高強度和高韌性的堆疊無定形碳基復(fù)合材料，并揭示出納米級褶皺產(chǎn)生的增強增韌這一反常規(guī)機制，相關(guān)研究成果發(fā)表在Nano Letters上。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c01462

力學(xué)所《Nano Lett》：揭示納米級褶皺的增強增韌反常規(guī)機制！的圖1

石墨烯等低維碳基材料具有極高的面內(nèi)強度和楊氏模量，但其三維堆疊結(jié)構(gòu)難以繼承這些優(yōu)勢且表現(xiàn)出極端脆性。科研人員通過模擬和理論分析，設(shè)計出基于二維無定形碳薄膜的堆疊結(jié)構(gòu)，與大多堆疊結(jié)構(gòu)材料不同的是，其同時實現(xiàn)了高強度（GPa）和類塑性的大變形。對變形過程分析發(fā)現(xiàn)，大量初始缺陷引起的表面粗糙度和單原子層固有的面外柔性是其增強增韌的兩個關(guān)鍵因素。在拉伸過程中，表面大量的納米級褶皺會帶來不均勻的小尺度層間界面滑移，從而導(dǎo)致剪應(yīng)力的不均勻分布和類塑性變形，避免了材料的突然失效。上述結(jié)論對其他類型的原子尺度薄膜材料具有普遍性，為提高范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的韌性，有效避免災(zāi)難性失效提供了新策略。

力學(xué)所博士研究生謝文慧為論文第一作者，魏宇杰為論文通訊作者。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的支持。