[发明专利]一种测量二维纳米材料弯曲刚度的方法

说明书

本发明提供了一种测量二维纳米材料弯曲刚度的方法，所述方法包括：(1)将二维纳米材料转移到具有圆孔阵列的基底材料表面，覆盖在圆孔上形成密闭环境，形成待测样品系统；(2)将待测样品系统进行鼓泡实验，形成鼓泡，得到鼓泡内外压力差△p；(3)对形成鼓泡的二维纳米材料进行受力分析，对于球帽形状的鼓泡，采用薄膜理论求解，对于鼓包形状的鼓泡，采用非线性板理论求解，得出所述材料的弹性模量和弯曲刚度。本发明对二维纳米材料进行稳定可控的变形，将鼓泡的微观表征与理论求解相结合，突破了二维纳米材料弯曲刚度难以测量的难题，丰富了层状材料基础力学研究的技术手段。

技术领域

本发明属于二维材料力学测量领域，涉及一种测量二维纳米材料弯曲刚度的方法。

背景技术

二维纳米材料，如石墨烯、氮化硼、黑磷和过渡金属硫族化物等，由于其晶体结构，一般具有优异的物理化学性质，在晶体管、传感器、透明导电薄膜、纳米复合材料、储能器件等领域具有广阔的应用前景，已经成为近年来研究的焦点。由于二维纳米材料为原子级厚度，在外部刺激条件下容易产生面外变形，而其中弯曲刚度对于结构的稳定性(Fasolino,A.et al.Intrinsic ripples in graphene.Nature Materials,2007,6(11):858-861)以及最终的呈现形态，包括褶皱，折叠和鼓泡等，都至关重要(Meyer,J.C.et al.Thestructure ofsuspended graphene sheets.Nature,2007,446(7131):60-63；Kim,K.etal.Multiply folded graphene.Physical Review B,2011,83(24):245433；Khestanova,E.et al.Universal shape and pressure inside bubbles appearing in van derWaals heterostructures.Nature Communication 2016,7,12587.)。此外，由于弯曲变形和电子结构之间的相互作用，面外应变也成为应变工程中调控二维材料物理性能的常用方式(Krichen,S.&Sharma,P.Flexoelectricity:A perspective on an unusualelectromechanical coupling.Journal of Applied Mechanics,2016,83(3):030801.)因此，对于二维材料在变形过程中的弯曲特性研究亟需更多的关注。