目前已知的材料特性都是基于材料的三維結(jié)構(gòu)，而最薄的材料只有一個(gè)原子厚度，其二維力學(xué)性能完全不同于三維材料特性。為了獲取和處理二維材料，迄今為止都是以三維材料薄膜形式替代。德國(guó)薩爾州大學(xué)物理學(xué)家烏韋·哈特曼和萊布尼茨新材料研究所的研究人員合作，通過(guò)掃描隧道顯微鏡測(cè)量石墨烯，首次能夠表征原子級(jí)薄膜材料的二維力學(xué)性能。相關(guān)結(jié)果刊登在專業(yè)雜志《納米尺度》上。
近年來(lái)，二維材料備受關(guān)注。2010年，安德烈·吉姆和康斯坦丁·諾沃索洛夫因研究二維純碳材料石墨烯而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，由此開(kāi)啟了諸如硅、鍺等元素的二維材料制造和材料特性表征。哈特曼表示，一些二維材料的電子特性相當(dāng)驚奇，如材料內(nèi)的電子移動(dòng)遵循相對(duì)論原理，而傳統(tǒng)三維材料基本不是這樣，在制造電子元件方面，這是一個(gè)有趣的優(yōu)勢(shì)。另外，二維材料的力學(xué)性能也是獨(dú)一無(wú)二的，相對(duì)其厚度，顯示出的力學(xué)穩(wěn)定性比三維材料大得多。2013年，歐盟投入10億歐元研究經(jīng)費(fèi)，將石墨烯列為旗艦項(xiàng)目，以進(jìn)一步挖掘二維材料的潛力。
然而到目前為止，關(guān)于這些新材料力學(xué)性質(zhì)的許多信息都來(lái)自模擬計(jì)算。哈特曼說(shuō)：“二維材料一直只能作為三維材料表面上的薄膜來(lái)看待，而整個(gè)系統(tǒng)的性質(zhì)不可避免地還是由三維材料來(lái)決定。”不過(guò)，在最新研究中，他們首次直接測(cè)量出了原子級(jí)薄碳改性二維材料的力學(xué)性能。“這使得模擬計(jì)算的數(shù)據(jù)可以直接與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。此外，膜的晶格的各種缺陷對(duì)其力學(xué)性能的影響也將能夠測(cè)量。”
哈特曼表示，二維材料可以給許多領(lǐng)域帶來(lái)創(chuàng)新，從傳感器、處理器到過(guò)濾技術(shù)和燃料電池等。(顧鋼)
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