城大首次展現石墨烯彈性拉伸和「真實」強度

馮美玲

文章分享 

dr lu
陸洋博士及其測試平台。

 

香港城市大學(城大)機械工程學系副教授陸洋博士領導的研究團隊開發嶄新方法,測試並發現單層石墨烯的「真實」力學性能。這項全球首次的發現,將有助推動石墨烯在不同領域的應用,如柔性手機觸摸屏。

陸博士的研究成果在國際著名科學期刊《自然 通訊》發表,論文題為「獨立式單層石墨烯的彈性拉伸」。2020年2月21日的《科學》期刊也在「編輯精選」中推薦了這篇論文。

石墨烯屬於一種二維碳材料,是已知最強韌的物料,並具有高導電和高導熱特性,因此被視為「超級材料」,應用範圍廣泛,例如電晶體、生物感測器和電池。

構造上,石墨烯是只有一個碳原子厚度的單層,故科學家難以探究它的真實機械性能,如彈性極限和抗拉強度。此前的研究,僅涵蓋石墨烯的局部壓痕實驗和理論計算之理想極限。

陸博士說:「並沒有人曾真正拉伸一片獨立的單層石墨烯,及測試其拉伸機械性能。」

graphene
單層石墨烯樣本懸放於測試平台上。

 

陸博士多年來致力研究不同納米物料的機械性能,其團隊研發出新方法,將大面積石墨烯轉移到獨特的測試平台上,在掃描電子顯微鏡下作原位拉伸測試,觀測石墨烯拉伸和成形的變化。

陸博士說:「研究的最大困難之一,是如何把非常輕和薄的單層石墨烯樣本完整轉移到獨立式測試平台上,並在拉伸時保持力度平均。」

實驗結果顯示,通過化學氣相沉積得到的單層石墨烯的抗拉強度達50至60千兆帕,彈性應變接近6%,楊氏模數(一般稱為彈性模數)則為920千兆帕,相當接近於理論值的約1000千兆帕。千兆帕是壓力計量單位。

陸博士說:「這個研究花了約四年時間,我們在實驗過程克服了很多困難,展現石墨烯在應用中所能達到的真實性能。」

石墨烯的拉伸力配合其強韌特性,可應用在柔性電子器件上,例如製造出更堅韌的電晶體、有機發光二極體及其他機械零件等;亦可用於製作複合材料、生物醫學研究、航空及國防範疇。

陸博士感謝城大為團隊提供一流科研設施,如城大深圳研究院納米製造實驗室、超金剛石及先進薄膜研究中心、先進結構材料研究中心。城大一直鼓勵跨學科合作,對他的研究也大有幫助。他說:「這次實驗結合力學、材料科學、化學和物理學,城大雲集這些領域的優秀人才。」

研究團隊成員包括城大機械工程學系博士生曹可韓英,化學系助理教授李淑惠博士,以及來自清華大學及西安電子科技大學的專家學者。

 

 

你可能感興趣

聯絡資料

傳訊及公關處

Back to top