[发明专利]一种探测二维纳米材料层间剪切作用力的方法

说明书

本发明提供了一种探测二维纳米材料层间剪切作用力的方法，所述方法为：在基底材料上微加工不同大小和不同深度的圆孔，形成圆孔阵列的基底材料；将双层二维纳米材料转移到形成圆孔阵列的基底材料表面，覆盖于圆孔上形成密闭环境，形成待测样品系统；用光学显微镜定位二维纳米材料，并表征其厚度t；通过调控压力使待测样品发生鼓起现象，利用原位原子力显微镜得到鼓泡内外的压力差Δp，利用原位显微拉曼光谱表征圆孔外剪切作用区域的无量纲化扩展距离ρ，结合被测二维材料的厚度t以及材料的泊松比v计算得出层间剪切作用力的数值。本发明不仅突破了二维纳米材料层间作用实验技术难以测量的难题，更丰富了层状材料基础力学研究的实验技术手段。

技术领域

本发明属于微纳米尺度范德华作用力实验测量领域，涉及一种探测二维纳米材料层间剪切作用力的方法。

背景技术

二维纳米材料(如石墨烯、氮化硼和过渡金属硫化物等)具有诸多优异的特性，因而在电子器件、能源领域和复合材料等领域拥有广阔的应用前景，近年来已经成为研究的焦点(Geim,A.K.&Novoselov,K.S.The rise of graphene.Nature materials 6,183-191(2007).；Geim,A.K.Graphene:status and prospects.science 324,1530-1534(2009).；Radisavljevic,B.et al.Single-layer MoS2 transistors.Nature nanotechnology 6,147-150(2011).；Kim S.M.et al.Synthesis of large-area multilayer hexagonalboron nitride for high material performance.Nature communications,2015,6.)。

而在实际应用中，一方面由于生产制备条件的制约，另一方面更多源于功能性和可操作性的需求，材料体系往往是以多层结构形式出现。例如，不同二维纳米材料通过范德华力作用堆叠而成的异质结，结合了各相的物化特性从而拥有卓越的光电性能，在传感器等应用前景中相比于单相材料更具优势(Ponomarenko,L.et al.Tunable metal-insulator transition in double-layer graphene heterostructures.Nature Physics7,958-961(2011).；Geim,A.K.&Grigorieva,I.V.Van der Waalsheterostructures.Nature 499,419-425(2013).)。事实上，对于这种有序堆叠结构的材料，我们可以通过调控层间相互作用以改善各方面的性能。大量工作表明，层间间隙的存在对于谐振器的性能调控(Bunch,J.S.et al.Electromechanical resonators fromgraphene sheets.Science 315,490-493(2007).)、纳米复合材料的热导率提升(Shahil,K.M.F.&Balandin,A.A.Graphene–Multilayer Graphene Nanocomposites as HighlyEfficient Thermal Interface Materials.Nano Letters 12,861-867,(2012).)、分子过滤纳米通道的形成(Nair,R.et al.Unimpeded permeation of water through helium-leak–tight graphene-based membranes.Science 335,442-444(2012).)以及能源储存[Rogers,G.W.&Liu,J.Z.Graphene actuators:quantum-mechanical and electrostaticdouble-layer effects.Journal of the American Chemical Society 133,10858-10863(2011).)等应用都起着至关重要的作用。