【新闻资讯】查看全部

石墨烯：可改变的泊松比和受拉收缩的异常行为

近期石墨烯科学研究新闻报道持续，乌克兰朗道理论物理研究所(ITF)的专家发觉石墨烯的泊松比可根据更改另加抗拉力操纵，这一发觉完成了众生物学家对石墨烯泊松比长期持续的争执。为何石墨烯的泊松比这般关键?因为它不仅是一个特性指数值，它背后藏匿着诸多特点都是立即危害到大家对石墨烯的界定，因此此次发觉是颠覆性创新的。

大家都知道，惊喜材料石墨烯是由单面氧原子构成的二维材料，它十分具备引起争议，因为它在许多层面主要表现出与传统式材料彻底不一样的出现异常个人行为。在其中之一便是它的电气性能和延展性中间的关联，石墨烯具备非常高的正电荷电子密度，可是这一值并并不是固定不动的，会受延展性危害，在不一样的弹性力下电子密度会大幅度更改。科学家一直在尝试寻找充分体现这类出现异常个人行为的缘故，她们期待寻找可以表述这类状况而且广泛可用的物理学特点。一旦解决了，大家将能更合理地应用石墨烯，也更非常容易造就需要的新材料。可是，科学研究工作人员一直沒有发觉一切有效表述，直至近期。

针对大部分材料，遭受拉申时，他们都产生横着收拢，如同拉皮筋儿一样。殊不知，大概在一百年前，法国科学家沃尔德马沃伊特发觉黄铁矿晶体在拉申下却产生澎涨。这类拉申时主要表现出出现异常个人行为的材料被称作拉胀材料，在二十世纪七十年代中后期，生物学家第一次人工合成出这种材料。拉胀材料出现异常的密秘来源于他们不寻常的几何图形样子，当材料松驰时，他们的结构单元互相伸缩，但当遭受拉应力时，折叠结构被拉进行，规格一瞬间增大。

图a为一般材料和拉胀材料遭受拉申时的情况，由此可见受拉时拉胀材料的伸缩模块进行，横着规格扩大;图b为依据miura-ori标准伸缩出的商品，在弄直时出現拉胀特点。图片出处：朗道理论物理研究所

拉胀材料具备很多与众不同的作用，这种作用将有利于改善目前技术性并建立新技术应用。传统式材料在遇热时候澎涨，这会造成各种各样机械设备地应力并进一步振荡毁坏他们的原来特性。但拉胀材料正好相反，在遇热时他们很有可能会收拢，因而我们可以尝试拉胀材料和传统式材料复合型制成具备零澎涨比的复合型材料。这样子得话，伴随着溫度的上升，传统式材料容积扩张，但拉胀材料能够非常好地开展填补完成最终容积的平稳。

大家一般 界定材料在支撑力下横着收拢或屈伸的材料工作能力称之为泊松比。针对一般材料泊松比一般全是恰逢，但拉胀材料的泊松比是负数。Kachorovskii说：“专家一直对石墨烯泊松比很感兴趣，较长一段时间至今，大家广泛认为它是负数。可是近期的一些数值计算方法说明，石墨烯泊松比可能是恰逢也可能是负数。乍一看，各种各样数值彻底互相分歧。”

泊松比的精确测量是难以的，对石墨烯而言更难。由于生长发育石墨烯一般全是在衬底上，各式各样的衬底会防碍大家测到石墨烯真实的泊松比值。如果我们无需衬底，片式的石墨烯又十分小，压根不太可能将它夹在工装夹具上开展可控拉伸实验。那泊松比就不用测了么?不，产品研发碳材料技术性的学者和技术工程师们对这一有要求，她们必须精确了解石墨烯是不是拉胀。

因此朗道理论物理研究所的专家一直在这个问题上勤奋，她们起止是想想方设法“调合”以前分歧的数值，并寻找精准的石墨烯泊松比主要参数。殊不知，伴随着科学研究往前推动，她们发觉这一数并不是数值，它会伴随着所释放的支撑力发生改变。研究者Kachorovskii对于此事填补道：“石墨烯遭受非常大的拉应力时，会像一般材料一样泊松比为恰逢。殊不知伴随着拉应力减少，石墨烯就刚开始展现出拉胀材料的特点，主要表现出负的泊松值。”

接着，她们对泊松比与拉申中间的这类不寻常的联络开展了表述。尽管绝大多数人见到的石墨烯照片全是平整的二维氧原子片，但客观事实不是这样。他们实际上有很多弯折和波浪纹，这种弯折波顺着这一“片状”运作。他们趋向于将石墨烯从平扁情况变为皱褶情况，因此石墨烯并不是单纯性的平扁状只是皱褶状，他们“伸缩”得这般适当以致于主要表现得像平整的二维构造。Kachorovskii表述说：“一直以来科技界对膜的了解，是坚信不容易存有像石墨烯那样的二维晶体的，她们觉得他们一直勤奋缩小成球。

“殊不知如同大家所闻，石墨烯的发觉破碎了这一基础理论。石墨烯表面的存有一定类似拉申缩小的起伏，他们和表面的皱褶会产生离散系统功效，防碍石墨烯收拢成球。因此严格说来，石墨烯实际上避而远之二维晶体，它应该是处在二维和三维中间的正中间态。”

那泊松比值究竟为什么会更改标记?这是由于在另加抗拉力下，石墨烯表面原有的拉压起伏会和外地应力导致的拖动功效造成一个市场竞争功效。当外地应力较高，则拉胀个人行为被抑止，泊松比主要表现为恰逢，当外地应力减少，则石墨烯表面皱褶造成的拉压起伏起主导地位，使泊松比变负数，这就是泊松比标记产生变化的缘故。

Kachorovskii说：“横着弯折波的皱褶中储存了附加的动能，它是石墨烯主要表现出出现异常延展性和别的独特特性的缘故。这也就表述了石墨烯遇热怎么会竖向收拢，因为它的横着皱褶处发生了伸缩，因此主要表现出和绝大多数材料都不一样的收拢个人行为。因而大家觉得哪个可以表述石墨烯个人行为的广泛特点便是泊松比。要是对泊松比掌握得充足深入，大家将能更清楚地表述石墨烯的出现异常个人行为并进一步预测分析别的特性。”

更加有意义的是，现阶段的成效也表述了为何之前对石墨烯泊松比的促进会有分歧。“根据测算，大家获得了一个剖析详细石墨烯片状的延展性均衡方程，结果显示石墨烯塑料薄膜有二种行为模式：一般 状况下，石墨烯的全部特性由指标值明确，算得泊松比是恰逢。此外，针对比说白了的金兹堡长短(针对石墨烯，金兹堡的长短范畴是以40到70埃)大的样版，拉胀个人行为出現，测算获得负泊松比。”Kachorovskii填补道，“具体中应用的样版规格毫无疑问更大，因而我们可以见到最不寻常的拉胀个人行为。”

这类状况的表述也与不一样种类的波有关，这种波以比较复杂的方法相互影响。金兹堡长短定性分析了这种相互影响已不被忽视的限度，在这个限度上他们刚开始使材料发现异常个人行为，例如这类规模性的相互影响阻拦二维晶体收拢成球。不一样的化学物质具备不一样的金兹堡长短，了解他们的实际范畴对新材料的开发设计至关重要。

Kachorovskii提示到，一般 大家在沒有测算金兹堡长短的状况下造就新材料，随后尝试在他们的特性中发觉独特之处，它是彻底错误的作法。假若金兹堡长短大到一公里，那麼一般尺寸的样版压根就不容易显示信息出一切独特特性。所以说了解金兹堡长短是十分关键的。

石墨烯泊松比的争执告一段落，石墨烯拉胀出现异常个人行为也获得一个极致的表述。由于石墨烯的特性这般非常容易受另加力的危害，大家可以用它修建高敏感的声音传感器，由于声波频率能够拉申石墨烯膜，在不一样的拉申水平下石墨烯的电阻器也会明显更改。朗道理论物理研究所的研究所早已把这个运用提上日程了，她们测算过这类探测仪的敏感度极高。此外，响声在拉胀材料中的快速传播远超一切正常材料，因而当石墨烯处在拉胀情况时，声音传播得极快，有益于大家修建响应时间极快的感应器，可以快速检测响声的震荡转变。

来源于：材料科技在线

【免责声明】