Phys. Rev. Lett.：史上首次測量出石墨烯層間剪切應力

【背景介紹】

?單層二維（2D）晶體顯示出許多有趣的特性，但最值得引起注意的應用應該是將其堆疊成多層結構。夾層和界面剪切相互作用可以在這些應用的性能和可靠性方面發揮至關重要的作用，但是關于層間的剪切變形和2D材料之間界面的關鍵參數知之甚少。

?【成果簡介】

?近日，來自中國科學院國家納米科學中心張忠、劉璐琪研究員和清華大學徐志平教授（共同通訊）等人基于加壓微型氣泡加載裝置首次測量出了雙層石墨烯的層間剪切應力。證明了在鼓泡邊緣之外的層間剪切帶的連續生長，并基于雙層石墨烯鼓泡的膜分析獲取了40kPa的層間剪切應力。這個數值比用相同實驗測得的單原子層石墨烯和氧化硅襯底的剪切阻力低了約40倍。相關成果以題為“Measuring Interlayer Shear Stress in Bilayer Graphene”發表在了Physical Review Letters上。

【圖文導讀】

圖1 雙層石墨烯鼓起裝置的示意圖和特征以及剝離的石墨烯片材的光學和SEM圖像

（a）雙層石墨烯鼓起裝置的示意圖和特征。左側插圖顯示石墨烯鼓泡的形狀隨著壓力的增加而增加。右側插圖顯示了沿線掃描方向垂直堆疊的石墨烯G帶的拉曼光譜

?（b,c）剝離的石墨烯片材在預制圖案化SiO 2襯底上的（b）光學和（c）SEM圖像

圖2 石墨烯樣品示意圖及應力分布

（a，b）鼓起（a）單層和（b）雙層石墨烯樣品的示意圖

（c-h）在一個象限中的G帶頻率的拉曼光譜圖揭示了在不同壓力下（c）-（e）單層和（f）-（h）雙層石墨烯樣品中的應變分布

（i，j）（i）單層和（j）雙層石墨烯橫截面的拉曼光譜

圖3 界面結合能的空間分布、位移量的計算及層間剪切行為

（a）底層石墨烯與二氧化硅基底之間界面結合能的空間分布

（b）從MD模擬結果計算的頂層石墨烯中的分解面內位移量

（c，d）底層和頂層石墨烯的層間剪切行為，由特定壓差下的原子位移決定

圖4 石墨烯鼓泡的生長

（a,b）單層和雙層石墨烯鼓泡（a）界面和（b）層間剪切帶的生長

（c,d）（c）單層和（d）雙層石墨烯鼓泡的歸一化中心偏轉

圖5 剪切應力的測量

虛線對應于1.64MPa和0.04MPa的平均值

【小結】

該研究是史上首次測量出石墨烯層間剪切應力。若已知層間剪切力，則該結果可用于指導基于石墨烯的電氣和機械裝置的開發，并起到重要的作用。該研究結果也可以為二維異質結構界面和層間變形的基礎研究提供充分的參考。

文獻鏈接：Measuring Interlayer Shear Stress in Bilayer Graphene（Phys. Rev. Lett.,2017,DOI:?10.1103/PhysRevLett.119.036101）

本文由材料人編輯部納米學術組段鵬超供稿，材料牛編輯整理。

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