材料在遠(yuǎn)低于極限抗拉強(qiáng)度的循環(huán)載荷作用下會產(chǎn)生機(jī)械疲勞，因此了解這種行為對評估長期動力可靠性至關(guān)重要。二維材料的疲勞壽命和損傷機(jī)理目前尚不清楚，這是機(jī)械和電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在此，我們對獨(dú)立式2D材料，特別是石墨烯和氧化石墨烯(GO)進(jìn)行了疲勞研究。使用原子力顯微鏡，單層和多層石墨烯的平均應(yīng)力為71 GPa，應(yīng)力范圍為5.6 GPa，其疲勞壽命超過109個循環(huán)，比迄今為止報道的任何材料都要高。單層石墨烯的疲勞失效是全球性的、災(zāi)難性的，沒有漸進(jìn)損傷，而分子動力學(xué)模擬表明，這是在缺陷位點(diǎn)附近的應(yīng)力介導(dǎo)的鍵合重新配置之前發(fā)生的。相反，GO中的官能團(tuán)具有局部漸進(jìn)的疲勞損傷機(jī)制。本研究不僅為石墨烯納米復(fù)合材料的疲勞增強(qiáng)行為提供了基礎(chǔ)研究，也為其他二維材料的動態(tài)可靠性評估提供了一個起點(diǎn)。
Fig. 1 2D材料的疲勞測試。
Fig. 2石墨烯的疲勞性。
Fig. 3 GO的疲勞。
Fig. 4 疲勞斷裂形態(tài)。
Fig. 5 石墨烯和GO的MD疲勞模擬。
相關(guān)研究成果于2020年由加拿大多倫多大學(xué)Tobin Filleter課題組，發(fā)表在Nature Materials (https://doi.org/10.1038/s41563-019-0586-y)上。原文: Fatigue of graphene
