石墨烯力学性能研究进展
石墨烯材料的力学性能研究
石墨烯材料的力学性能研究石墨烯，一种由普通石墨通过化学剥离等方法得到的单层碳原子构成的二维材料，近年来备受科学家们的关注。
石墨烯具有惊人的力学性能，如高弹性、超高的拉伸强度和弹性模量等特点，使得它成为材料科学领域中的研究热点。
石墨烯的高弹性使其具备良好的抗拉性能。
根据研究，石墨烯的力学性能可达到理论极限。
其单层结构使得石墨烯具有很高的拉伸强度，据测算，其拉伸强度可达130 GPa，相当于其自重的200倍。
这种惊人的抗拉性能使得石墨烯可以应用于高强度材料的制备，如航空工程中的轻量化结构材料。
除了抗拉性能，石墨烯还具备超高的弹性模量。
弹性模量是材料在受力下形变的能力，能够衡量材料的刚性。
石墨烯的弹性模量可达1 TPa，相当于钢铁的2倍，且具有良好的保持性能。
这一特点使得石墨烯在纳米电子学领域的应用十分重要，如光学器件、传感器和纳米压力开关等。
石墨烯的高弹性还使其可以作为柔性触控屏幕、柔性电子和可穿戴设备等领域的理想材料。
此外，石墨烯还具有优异的化学稳定性和生物相容性，使其具有广泛的应用前景。
石墨烯可以在室温下承受高达8 MPa的氧化性酸和10 MPa的碱性条件，而不发生化学反应。
这种化学稳定性使得石墨烯可以被应用于酸碱电池、电解水等领域。
此外，石墨烯还具有良好的生物相容性，可以用于生物医学领域的药物递送和组织工程等。
尽管石墨烯在力学性能方面表现出色，但其实际应用还面临一些挑战。
首先，由于石墨烯具有单层结构，因此其在抗剪切应力下的性能相对较弱。
此外，石墨烯的制备和操纵困难，限制了其大规模应用。
石墨烯的制备方法需要高温高压或者复杂的化学处理，制备工艺成本高，限制了其在实际工程中的应用。
为了应对这些挑战，科学家们正在开展大量的研究工作。
有研究发现，在与其它材料复合制备的复合石墨烯中，可以提高石墨烯的剪切性能。
此外，研究人员还通过在石墨烯表面引入缺陷，使其形成可控的疲劳屈服和断裂机制，从而改善了其力学性能。
石墨烯增强铝基复合材料的研究进展
石墨烯增强铝基复合材料的研究进展1. 引言1.1 石墨烯增强铝基复合材料的研究背景石墨烯是一种二维晶格结构的碳原子薄膜，由于其独特的物理、化学和力学性质，被认为是一种具有巨大潜力的新型材料。
石墨烯具有极高的导热性、机械强度和化学稳定性，因此在材料科学领域备受关注。
铝及其合金由于具有较低的密度和良好的加工性能，在航空航天、汽车工业等领域有着广泛的应用。
传统铝材料在强度和硬度方面存在一定局限性。
为了克服传统铝材料的缺点，研究者们开始探索引入石墨烯来增强铝基复合材料。
石墨烯的加入不仅可以提高复合材料的力学性能，还可以优化其导热和电导特性。
石墨烯增强铝基复合材料成为当前研究的热点之一。
通过将石墨烯与铝基材料进行复合，可以有效提高材料的强度、硬度和耐磨性，同时减轻材料的重量，提高材料的导热性能。
石墨烯增强铝基复合材料被认为具有广阔的应用前景，对于推动材料科学领域的发展具有重要意义。
【字数：220】1.2 石墨烯在材料科学中的应用潜力1. 电子器件：石墨烯具有优异的电子输运性能，高载流子迁移率和高电导率，使其成为理想的电子器件材料。
石墨烯可以应用于场效应晶体管、光电探测器、透明导电膜等领域，为电子器件的性能提升提供了新的可能性。
3. 柔性电子：由于石墨烯的柔韧性和透明性，可将其应用于柔性电子领域，如柔性显示器、柔性传感器、可穿戴设备等。
石墨烯材料的应用为柔性电子产品带来了更广阔的发展空间。
石墨烯在材料科学中的应用潜力巨大，其优异的性能和特殊的结构使得其可以在多个领域发挥重要作用，推动材料科学的发展和创新。
对石墨烯的研究不仅有助于拓展其应用领域，还将促进整个材料科学领域的进步和发展。
2. 正文2.1 石墨烯增强铝基复合材料的制备方法石墨烯增强铝基复合材料的制备方法主要包括机械合金化、粉末冶金、湿法涂覆、化学气相沉积以及熔体混合等几种方法。
机械合金化是其中一种常用的方法，通过球磨或挤压将石墨烯与铝粉进行混合，使二者在微观层面有所聚集和弥散，从而增加界面结合强度。
混凝土中石墨烯应用研究
混凝土中石墨烯应用研究一、引言混凝土是一种广泛应用于建筑、道路和桥梁等领域的材料，但其力学性能和耐久性常常受到限制。
近年来，石墨烯作为一种新型的纳米材料，其出色的力学性能和导电性能引起了人们的极大关注。
本文将探讨石墨烯在混凝土中的应用研究，并分析其对混凝土力学性能和耐久性的影响。
二、石墨烯简介石墨烯是由碳原子构成的二维晶体，具有出色的力学性能和导电性能。
其厚度仅为一个原子层，而且具有高度的柔韧性和强度。
石墨烯的导电性能是铜的200倍，热传导性能是铜的1000倍，这使得其在电子、光电、生物医学等领域具有广阔的应用前景。
三、混凝土中石墨烯的应用1. 石墨烯对混凝土力学性能的影响石墨烯具有出色的力学性能，将其添加到混凝土中可以提高混凝土的力学性能。
石墨烯的高强度、高模量和高韧性可以改善混凝土的抗压强度、弯曲强度和抗拉强度。
此外，石墨烯还可以增强混凝土的抗裂性能，减少混凝土的收缩和膨胀。
石墨烯的应用可以使混凝土更加耐久，延长混凝土的使用寿命。
2. 石墨烯对混凝土耐久性的影响混凝土的耐久性是其重要的性能指标之一，而石墨烯的应用可以显著提高混凝土的耐久性。
石墨烯可以防止混凝土的龟裂和渗水，抑制混凝土的腐蚀和氧化，延缓混凝土的老化和劣化。
此外，石墨烯还可以吸收环境中的有害物质，净化混凝土周围的环境。
四、石墨烯添加剂的制备方法石墨烯可以通过多种方法制备，包括机械剥离法、化学气相沉积法、化学还原法、水热法等。
其中，化学还原法是制备石墨烯添加剂的常用方法。
该方法利用还原剂将氧化石墨烯还原为石墨烯，并与混凝土材料混合，制备出石墨烯添加剂。
五、石墨烯添加剂的应用石墨烯添加剂可以与混凝土材料混合，形成石墨烯混凝土。
石墨烯混凝土可以用于建筑、道路和桥梁等领域，具有出色的力学性能和耐久性。
石墨烯添加剂的添加量一般为混凝土总重量的0.1%-0.5%，过多的添加会影响混凝土的性能。
六、石墨烯混凝土的性能测试石墨烯混凝土的性能测试包括力学性能测试和耐久性测试。
石墨烯制备方法的研究进展
石墨烯制备方法的研究进展一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子构成的二维纳米材料，自2004年被科学家首次成功制备以来，就因其独特的物理、化学和电子特性引起了全球范围内的广泛关注。
由于其出色的导电性、超高的热导率、优异的力学性能和潜在的大规模应用前景，石墨烯在众多领域如能源、电子、生物医学等都有着广泛的应用潜力。
然而，石墨烯的制备技术仍然是制约其大规模应用的关键因素之一。
因此，研究和开发高效、稳定、可规模化的石墨烯制备方法成为了当前科学研究的重要课题。
本文旨在全面综述石墨烯制备方法的研究进展，通过对各种制备方法的原理、特点、优缺点以及最新研究成果的详细分析和讨论，为石墨烯的大规模制备和应用提供理论支持和技术指导。
文章将首先介绍石墨烯的基本结构和性质，然后重点介绍目前主要的石墨烯制备方法，包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法、碳化硅外延法等，并对各种方法的最新研究进展进行评述。
文章还将探讨石墨烯制备技术的发展趋势和未来研究方向，以期为石墨烯的进一步研究和应用提供有益的参考。
二、石墨烯制备方法概述石墨烯的制备方法众多，每一种方法都有其独特的优点和适用场景。
目前，主要的制备方法可以大致分为物理法和化学法两大类。
物理法主要包括机械剥离法、SiC外延生长法和取向附生法等。
机械剥离法是最早用来制备石墨烯的方法，其原理是通过使用胶带对石墨进行层层剥离，得到单层或多层的石墨烯。
这种方法制备的石墨烯质量较高，但产率极低，难以实现大规模生产。
SiC外延生长法是在高温和超真空环境下，通过加热SiC单晶使其表面分解出碳原子，进而在单晶表面生长出石墨烯。
这种方法制备的石墨烯面积大，质量好，但设备成本高昂，且制备过程复杂。
取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，首先让碳原子在1150℃下渗入钌，然后冷却，使碳原子以单层形式从钌表面析出，形成悬浮的单层石墨烯。
这种方法制备的石墨烯层数可控，但同样面临制备成本较高的问题。
石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展
石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列形成的二维晶体材料，自2004年被科学家首次成功分离以来，其独特的物理和化学性质引起了全球科研人员的广泛关注。
石墨烯以其超高的电导率、热导率、强度以及优良的摩擦学性能，在众多领域展现出巨大的应用潜力。
特别是在摩擦学领域，石墨烯及其基复合润滑材料的研究，对于提高机械部件的运行效率、降低能耗、延长使用寿命等方面具有深远的意义。
本文旨在全面综述近年来石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展。
我们将从石墨烯的基本性质出发，深入探讨其摩擦学特性，包括摩擦系数、磨损率等关键指标。
随后，我们将重点介绍石墨烯基复合润滑材料的制备工艺、性能优化及其在实际应用中的表现。
本文还将对石墨烯在摩擦学领域的未来研究方向和应用前景进行展望，以期为相关领域的科研工作者和工程师提供有益的参考和启示。
二、石墨烯的摩擦学特性石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，自其被发现以来，便因其独特的物理和化学性质引起了摩擦学领域的广泛关注。
石墨烯的摩擦学特性主要表现在其超常的力学性能和极低的摩擦系数上。
石墨烯的力学性能卓越，其杨氏模量高达0 TPa，抗拉强度约为130 GPa，这使得石墨烯在承受压力时表现出极高的稳定性。
因此，在摩擦过程中，石墨烯可以作为有效的承载层，减少摩擦界面的磨损。
石墨烯具有极低的摩擦系数。
研究表明，石墨烯在多种材料表面上的摩擦系数都低于1，甚至在某些条件下可以达到超低摩擦状态。
这种低摩擦特性使得石墨烯在润滑材料领域具有巨大的应用潜力。
石墨烯还具有出色的热稳定性和化学稳定性，这使得它在高温、高湿、高腐蚀等恶劣环境下仍能保持稳定的摩擦性能。
因此，石墨烯不仅可以在常规条件下作为润滑材料使用，还可以在极端条件下发挥出色的润滑效果。
然而，尽管石墨烯具有诸多优点，但在摩擦学应用中也存在一些挑战。
例如，石墨烯的层间剪切强度较低，容易在摩擦过程中发生滑移，导致摩擦系数的波动。
石墨烯复合材料研究进展
石墨烯复合材料研究进展摘要：近年来石墨烯因其优良的力学、电学、热学和光学等特性, 且添加到基体材料中可以提高复合材料的性能，拓展其功能，因此石墨烯复合材料的制备成为研究热点之一。
本文介绍了国内外对石墨烯复合材料的研究，对石墨烯复合材料的研究进展及现状进行了详细的介绍，并对石墨烯复合材料的发展趋势进行了展望。
关键词：石墨烯；复合材料；研究进展一、引言石墨烯因其优异的物理性能和可修饰性, 受到国内外学者的广泛关注。
石墨烯的杨氏模量高达1TPa、断裂强度高达130GPa，是目前已知的强度性能最高的材料，同时是目前发现电阻率最小的材料, 只有约10-8Ω·m；拥有很高的电子迁移率，且具有较高的导热系数。
氧化石墨烯作为石墨烯的重要派生物，氧化石墨烯薄片在剪切力作用下很容易平行排列于复合材料中, 从而提高复合材料的性能。
本文总结介绍了几种常见的石墨烯复合材料。
二、石墨烯复合材料（1）石墨烯及氧化石墨烯复合材料膜聚乙烯醇（PVA）结构中有非常多的羟基，因此其能与水相互溶解，溶解效果很好。
GO和PVA都可以在溶液中形成均匀、稳定的分散体系。
干燥成型后，GO在PVA中的分散可以达到分子水平，GO表面丰富的含氧官能团可以与PVA的羟基形成氢键，因此添加少量的GO可以显著提高复合材料的力学性能。
樊志敏[1]等制备出了氧化石墨烯纳米带/TPU复合膜。
通过机械测试显示，当加入氧化石墨烯纳米带的量为2%时，复合薄膜的弹性模量和抗拉强度与不加氧化石墨烯纳米带的纯TPU薄膜相比都得到了非常大的提高，分别提高了160%和123%。
马国富[2]等人发现，在聚乙烯醇（PVA）和氧化石墨烯（GO）复合制备的得复合薄膜中，GO均匀的分散在PVA溶液中，PVA的羟基与GO表面的含氧基团发生相互作用复合而不分相。
加入GO之后，大大提高了复合膜的热稳定性，当加入的GO量为3%时，纳米复合膜力学性能测试出现最大值，此时断裂伸长率也出现了最大值，这表明在此GO含量时复合膜有最佳性能；与不加GO的纯PVA膜相比，当加入的GO量为3%时，耐水性也大大地提高。
石墨烯在聚合物改性中的研究进展
石墨烯在聚合物改性中的研究进展石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶格结构材料，具有优异的导电性、热导性和机械性能，因此被广泛应用于各种领域。
在聚合物领域，石墨烯的引入可以显著改善聚合物的性能，提高其导电性、热导性和力学性能，因此受到了广泛的关注。
本文将就石墨烯在聚合物改性中的研究进展进行探讨。
一、石墨烯在聚合物中的引入方式石墨烯可以通过物理混合、化学修饰和共混等方式引入到聚合物中，其中物理混合是最为简单的方式，即将石墨烯与聚合物机械混合。
化学修饰是将石墨烯表面进行功能化处理，增强其与聚合物的相容性。
共混是将石墨烯与聚合物在一定条件下共同溶解，形成均匀的混合体系。
不同的引入方式会对聚合物的性能产生不同的影响，因此需要根据具体的应用要求选择合适的引入方式。
二、石墨烯对聚合物性能的影响1.导电性能石墨烯具有优异的热导性能，可以高效传递热量。
在聚合物中引入石墨烯可以提高聚合物的热导性能，改善其对热的传导和散热能力。
这对于一些特殊工程塑料和高性能复合材料的应用具有重要意义。
3.力学性能石墨烯具有优异的力学性能，具有很高的拉伸强度和模量。
在聚合物中引入石墨烯可以显著提高聚合物的强度和刚度，改善其耐热性和耐磨性。
石墨烯的引入可以大大拓展聚合物的应用领域，使其在汽车、航空航天等高端领域得到更广泛的应用。
在石墨烯与聚合物复合材料中，石墨烯与聚合物的相容性是影响材料性能的关键因素。
研究表明，通过对石墨烯进行表面改性处理，可以增强其与聚合物的相容性，提高两者间的相互作用力，从而获得更好的复合材料性能。
石墨烯的表面处理技术对于提高石墨烯与聚合物的相容性具有重要意义。
石墨烯与聚合物复合材料已经在许多领域得到了应用，例如电子器件、导电材料、航空航天材料等。
石墨烯聚合物复合材料在导电材料领域有着广阔的应用前景，可以用于制备柔性电子器件、传感器、导电塑料等产品。
石墨烯聚合物复合材料在汽车和航空航天材料领域也有着巨大的潜力，可以提高材料的轻量化、加工性能和耐热性能。
石墨烯增强铝基复合材料的研究进展
石墨烯增强铝基复合材料的研究进展石墨烯增强铝基复合材料的制备方法主要有湿法悬浮液制备、机械合金法和浸涂法等。
湿法悬浮液制备是通过在铝基复合材料悬浮液中加入石墨烯来制备的，可以获得高度均匀的石墨烯分散体系，但是制备工艺相对复杂。
机械合金法是通过高能球磨、热压等方法将石墨烯与铝粉混合制备的，可以获得较高的石墨烯含量，但是制备工艺相对耗能。
浸涂法是将石墨烯溶液浸渍在铝基材料上制备的，可以获得均匀一致的石墨烯涂层，但是石墨烯含量较低。
石墨烯增强铝基复合材料的力学性能主要通过石墨烯增强效应和界面反应效应来提高。
石墨烯具有优异的力学性能，可以有效增强铝基复合材料的强度和刚度，提高材料的抗拉强度、屈服强度和硬度等。
石墨烯与铝基材料之间存在界面反应效应，可以有效增强两者之间的结合强度，提高材料的力学性能。
石墨烯增强铝基复合材料的导电性能主要通过石墨烯的导电性来提高。
石墨烯具有高导电性能和低电阻率，可以使得铝基复合材料具有优良的导电性能。
石墨烯增强铝基复合材料可以应用于导电材料领域，例如电池集电极、导电接触材料等。
石墨烯增强铝基复合材料的研究进展已经取得了一定的成果。
一方面，研究人员通过不断优化制备工艺，提高石墨烯的分散度和含量，从而获得更好的力学性能和导电性能。
通过优化湿法悬浮液制备工艺，可以获得更好的石墨烯分散性和相互作用性，提高材料的力学性能；通过优化机械合金法制备工艺，可以获得更高的石墨烯含量，提高材料的导电性能。
研究人员还对石墨烯增强铝基复合材料的性能进行了深入研究。
通过力学性能测试和电学性能测试等方法，研究了石墨烯增强铝基复合材料力学性能和导电性能的变化规律，为进一步优化材料的性能提供了理论基础。
石墨烯增强铝基复合材料具有广阔的应用前景，在结构材料、导电材料等方面具有重要的研究价值。
通过不断深入研究石墨烯增强铝基复合材料的制备方法和性能调控机制，可以进一步提高材料的力学性能和导电性能，推动其在实际应用中的广泛应用。
石墨烯增强铝基复合材料的研究进展
石墨烯增强铝基复合材料的研究进展1. 引言1.1 石墨烯增强铝基复合材料的研究进展本文将就石墨烯在铝基复合材料中的应用、石墨烯增强铝基复合材料的制备方法、石墨烯增强铝基复合材料的性能研究、石墨烯增强铝基复合材料在航空航天领域的应用以及石墨烯增强铝基复合材料的未来发展方向进行探讨。
通过对这些方面的研究和分析，可以更全面地了解石墨烯增强铝基复合材料的研究进展，为未来该领域的研究提供重要参考。
2. 正文2.1 石墨烯在铝基复合材料中的应用石墨烯在铝基复合材料中的应用可以增强材料的力学性能。
石墨烯具有极高的强度和刚度，能够显著提高铝基复合材料的抗拉强度和硬度，使其在高强度要求的领域有更广泛的应用。
石墨烯还能有效提高铝基复合材料的耐磨性和耐腐蚀性能，延长材料的使用寿命。
石墨烯在铝基复合材料中的应用还可以提高材料的热导率。
石墨烯具有极好的热导性，能够有效提高铝基复合材料的导热性能，使其在高温应用环境中表现更优异。
石墨烯在铝基复合材料中的应用对材料的力学性能和热导率都有显著的提升作用，为铝基复合材料的性能优化和应用拓展提供了新的思路和方法。
2.2 石墨烯增强铝基复合材料的制备方法石墨烯增强铝基复合材料的制备方法是研究该材料的关键步骤之一。
目前常见的制备方法包括机械合金化、化学气相沉积、热压和挤压等技术。
机械合金化是较为简单的一种方法，通过球磨或搅拌等机械方法将石墨烯加入到铝粉中，并随后进行热压或挤压，使其形成均匀的复合材料。
化学气相沉积是将石墨烯在气相中沉积到铝基物质表面，通过化学反应形成复合结构。
这种方法可以控制石墨烯的厚度和分布，从而调控复合材料的性能。
热压和挤压技术是将经过预处理的石墨烯和铝粉放入模具中，经过高温高压条件下进行压制，使其形成致密均匀的复合材料。
这种方法可大规模生产高质量的复合材料。
不同的制备方法对于石墨烯增强铝基复合材料的性能会产生不同的影响，因此在选择制备方法时需要根据具体要求和应用场景进行合理选择，并不断优化和改进制备工艺，以提高复合材料的性能和应用性。
石墨烯研究总结报告(一)
石墨烯研究总结报告（一）引言概述:石墨烯作为一种新型二维材料，具有出色的电子、光学和力学性能，引起了广泛的研究兴趣。
本文通过梳理相关文献，对石墨烯的研究进展进行总结，以期为石墨烯的应用开发和进一步研究提供参考。
正文：一、石墨烯的制备方法1. 机械剥离法2. 化学气相沉积法3. 液相剥离法4. 氧化石墨烯还原法5. 其他新型制备方法的研究进展二、石墨烯的物理性质研究1. 石墨烯的带电输运性质2. 石墨烯的光学特性3. 石墨烯的力学性能4. 石墨烯的热导率研究5. 石墨烯的磁性研究三、石墨烯的化学功能化1. 石墨烯的表面修饰\ta. 按照种类分类\tb. 按照表面修饰方法分类2. 石墨烯复合材料的研究进展\ta. 石墨烯在聚合物复合材料中的应用 \tb. 石墨烯在金属基复合材料中的应用 \tc. 石墨烯在陶瓷基复合材料中的应用四、石墨烯的生物应用研究1. 石墨烯在生物传感器中的应用\ta. 生物传感器制备方法研究\tb. 石墨烯在DNA传感器中的应用\tc. 石墨烯在蛋白质传感器中的应用2. 石墨烯在药物传输和治疗中的应用\ta. 载药石墨烯的制备方法\tb. 石墨烯在癌症治疗中的应用\tc. 石墨烯在抗菌治疗中的应用五、石墨烯的应用前景展望1. 石墨烯在电子器件中的应用前景2. 石墨烯在能源领域中的应用前景3. 石墨烯在环境保护中的应用前景4. 石墨烯在医疗领域中的应用前景5. 石墨烯在材料领域中的应用前景总结：通过对石墨烯的制备方法、物理性质研究、化学功能化以及生物应用研究的详细梳理，我们可以看出石墨烯具有广泛的应用潜力。
虽然石墨烯的应用仍面临一些挑战，但可以预见，随着研究的深入和技术的进步，石墨烯将在各个领域发挥重要作用，并成为未来材料研究的热点之一。
石墨烯的力学性能分析及应用研究
石墨烯的力学性能分析及应用研究石墨烯是由碳原子构成的一种二维晶体，其具有许多优异的性能，如高导电性、高热导性、超高力学强度和柔韧性等，因此在近年来备受广泛关注。
在本文中，我们将对石墨烯的力学性能进行分析，并探讨其在实际应用中的研究进展。
1. 石墨烯的力学性能石墨烯具有超高力学强度和柔韧性，这在其结构特征上就有所体现。
石墨烯由一层厚度仅为一个原子的碳原子平面网格构成，这些碳原子通过强共价键结合在一起，形成了一种非常稳定的结构。
在石墨烯中，碳原子是六角形排列的，并且每个碳原子都与其周围的三个碳原子相邻，形成一种类似于蜂窝状的结构。
这种结构具有非常高的强度和刚性，因为每个碳原子都通过三个强共价键稳定地连接在一起。
此外，石墨烯还具有非常好的柔性，因为其平面结构可以在两个方向上弯曲和扭曲，而不会破坏其原子结构。
2. 石墨烯的应用研究由于其独特的力学性能和其他出色的性能，石墨烯已经被广泛研究，寻求其在各种领域的应用。
以下是一些最为重要的应用领域。
2.1 电子学石墨烯具有非常高的导电性和电子迁移率，这使得其成为一种非常理想的电子传输材料。
石墨烯可以用于制作半导体晶体管和其他电子元件，这些元件具有更快的运行速度和更低的功耗，因为其结构非常简单，而且易于制造。
2.2 基础材料石墨烯还可以用于制备其他高性能材料，如碳纤维、聚合物和金属复合物。
这些复合材料比单一材料具有更好的性能，因为它们结合了不同材料的优良性能。
此外，石墨烯还可以用于制造更轻、更强和更柔韧的塑料、纸张、涂层和电池等产品。
2.3 机械领域石墨烯的超高力学强度和柔韧性使得其在机械领域中的应用十分广泛。
其轻巧、高强度和高导电性特性使得其成为一种理想的结构材料。
石墨烯可以用于制作更好的结构材料，如建筑材料、航空器零件、汽车零件和医疗设备等。
3. 石墨烯的未来发展虽然石墨烯已经在诸多领域中展现出了非常优异的性能，但其在商业应用中的开发仍然面临一些技术挑战和困难。
石墨烯材料在各个领域应用的进展
石墨烯材料在各个领域应用的进展1复合材料石墨烯由于具有极高的力学性能和电学性能，在作为聚合物基体的加强功能化添加剂方面被认为据有广泛的讨论前景。
2023年美国西北大学的Stankovich和RuofjF等人在Nature上报道了薄层石墨烯．聚苯乙烯纳米复合材料。
该讨论小组首先使用苯基异氰酸酯对完全氧化的石墨烯进行化学亲油改性，使之剥离和分散在有机溶剂中。
剥离的石墨烯均匀分散在聚苯乙烯溶液中，加入少量还原剂即可恢复石墨片层的导电性。
在还原过程中，聚苯乙烯的存在有效地阻拦了石墨纳米片层的聚集，这是该方法成功的关键。
该复合材料具有较低的渗阀值，在0.1％的体积分数下即可以导电，1％体积分数下导电率可达0.1Sm—1，可广泛应用于电子材料。
氧化态石墨烯只有在还原情况下才能发挥其优异的电学和力学行能，为了解决氧化石墨烯原位还原制备复合材料过程团聚现象的发生，加添石墨烯在各种聚合物单体中的浸润性，Stankovich利用苯乙烯磺酸钠包覆氧化态石墨烯，降低了石墨烯之间的接触面积，从而阻拦其在还原过程中不可逆自聚。
Haddon所领导的小组制备了石墨烯．环氧树脂纳米材料。
首先制备石墨烯的丙酮分散液，与环氧树脂均匀混合固化后得到复合材料。
热导率测试表明厚度小于2nm的石墨烯片特别适合作为环氧树脂的填料，在添加量达到25％时，热导率可以提升3000％，达6.44WmoKl。
复合材料杰出的热导性能重要由石墨烯的二维单原子层结构，高的纵横比，硬度和低的热界面阻力。
但该方法使用了溶剂，使得在所得复合材料中有显现微纳孔洞的可能。
石墨烯的添加不仅有利于聚合物基体电性能，热传导性能的改善，对于提高玻璃化变化温度，复合材料力学性能也具有重点意义。
Ruoff和Aksay等人在聚丙烯腈及聚甲基丙烯酸甲酯中加入仅1％及0.05％的石墨烯纳米片后，发觉他们的玻璃化变化温度提升30℃，此外包括杨氏模量，拉伸强度，热稳定性等一系列力学及热学性质得到提高。
混凝土中氧化石墨烯对力学性能的影响研究
混凝土中氧化石墨烯对力学性能的影响研究一、研究背景混凝土是建筑工程中最常见的材料之一，其力学性能直接影响着建筑物的安全性和稳定性。
近年来，石墨烯作为一种新型材料受到了广泛关注，其高强度、高导电性、高导热性等特性使其成为了材料科学领域的研究热点。
研究表明，将石墨烯加入混凝土中可以改善混凝土的力学性能，提高其强度和韧性，因此石墨烯混凝土具有广阔的应用前景。
二、石墨烯混凝土的制备方法目前，制备石墨烯混凝土的方法主要有两种：机械混合法和化学还原法。
机械混合法是将石墨烯均匀加入到混凝土中，然后通过机械搅拌等方式将其与混凝土充分混合。
化学还原法则是利用还原剂将氧化石墨烯还原成石墨烯，并将其与混凝土混合。
两种方法各有优缺点，需要根据具体情况选择适合的方法。
三、石墨烯对混凝土力学性能的影响1.强度添加适量的石墨烯可以显著提高混凝土的强度。
研究表明，在石墨烯掺量为0.1%时，混凝土的抗压强度可提高12.5%左右；当石墨烯掺量为0.5%时，混凝土的抗压强度提高了30%以上。
2.韧性石墨烯的加入也能够提高混凝土的韧性。
在混凝土中添加石墨烯后，混凝土的断裂韧性和塑性变形能力得到了显著提高。
研究表明，当石墨烯掺量为0.2%时，混凝土的断裂韧性提高了30%以上。
3.耐久性石墨烯的加入还能够提高混凝土的耐久性。
石墨烯可以防止混凝土中氯离子的渗透，从而减缓混凝土的腐蚀和老化过程。
此外，石墨烯还可以提高混凝土的抗冻融性能。
四、石墨烯混凝土的应用前景石墨烯混凝土具有广泛的应用前景。
首先，石墨烯混凝土可以应用于建筑物的主体结构中，提高建筑物的稳定性和安全性。
其次，石墨烯混凝土还可以应用于道路和桥梁等基础设施建设中，提高其耐久性和抗冻融性能。
另外，石墨烯混凝土还可以应用于海洋工程等特殊领域，提高其耐腐蚀性能。
五、总结石墨烯混凝土的研究已经取得了重要进展，其具有广阔的应用前景。
通过合理的制备方法和适量的掺入量，可以显著提高混凝土的强度、韧性和耐久性，从而为建筑工程的安全和稳定性提供有力保障。
石墨烯改性抗静电材料的研究进展
石墨烯改性抗静电材料的研究进展石墨烯（Graphene）是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有优异的导电性、热导性和力学性能等特点。
由于其独特的结构和性质，石墨烯被广泛研究和应用于各个领域。
石墨烯改性抗静电材料的研究也引起了研究者们的广泛兴趣。
静电是指物体表面带电现象。
在某些场合，静电的积累和释放可能对设备和人身安全造成威胁。
研究和开发抗静电材料对于解决静电问题具有重要意义。
传统的抗静电材料通常通过加入导电填料（如金属粉末或导电聚合物）来改善材料的导电性，但这往往会影响材料的力学性能和透明性。
相比之下，石墨烯是一种天然的导电材料，并且具有优异的力学性能和透明度。
利用石墨烯改性抗静电材料可以克服传统抗静电材料的局限性，并发挥出更好的性能。
1. 石墨烯复合材料：研究者们通过将石墨烯与其他导电填料（如碳纳米管、金属粉末等）复合，制备出具有更好导电性能的材料。
石墨烯的高导电性可以提高材料的导电性，从而有效地抑制静电积累。
2. 石墨烯基静电耗散材料：石墨烯具有低电阻率和高比表面积的特点，可以有效地增强材料的静电耗散能力。
研究表明，将石墨烯纳入静电散控材料中可以显著提高其静电耗散速率和效果。
3. 石墨烯涂层技术：通过在材料表面涂覆一层薄的石墨烯膜，可以有效地改善材料的导电性能和抗静电性能。
这种石墨烯涂层技术具有简单、便捷、经济的特点，广泛应用于塑料、玻璃等材料的抗静电改性。
4. 石墨烯纤维和纺织品：石墨烯纤维和纺织品具有优异的导电性能和抗静电性能，可以应用于电磁屏蔽、静电消散等领域。
石墨烯还具有一些其他的特点，如超高比表面积、高机械强度、出色的热导性能等，这些特性使得石墨烯在电子器件、能源存储、催化剂等领域具有广泛的应用前景。
石墨烯改性抗静电材料的研究不仅可以解决静电问题，还可以探索其在其他领域的应用。
石墨烯改性抗静电材料研究取得了显著的进展，不仅拓展了抗静电材料的应用范围，还为静电问题的解决提供了新思路。
石墨烯的研究进展
石墨烯的研究进展石墨烯是一种二维自由态原子晶体，具有极佳的导电特性、导热特性、光学特性、机械特性，在各个不同的学科领域得到了大量探索和研究。
论文阐述了石墨烯的结构、特性、应用进展以及石墨烯具有的优缺点，并对石墨烯的应用提出了建议。
【Abstract】The graphene is a kind of two-dimensional free atom crystal with excellent conductivity，thermal conductivity，optical and mechanical properties. It has been explored and researched much in various subjects areas. In this paper，the structure，properties and application of graphene and its advantages and disadvantages are discussed. Paper puts forward the proposal for the graphene application.标签：石墨烯；结构；性质；应用1 引言石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是当前发现的唯一一种二维自由态原子晶体，是除金刚石以外其他碳晶体的基本结构单元，具有许多极佳的电子及机械性能，是当前使用的材料中最薄、强度最大、导电和导热性能最好的一种纳米材料[1]。
近年来，科学界对石墨烯的研究逐渐从石墨烯的制备研究转变到对石墨烯的应用研究，并对石墨烯在光电、医学、计算机晶体管等领域都进行了大量的研究，取得了较好的成果。
2 石墨烯的结构及特性2.1 结构石墨烯是一种单原子层的碳二维纳米材料，其点阵结构是由碳六元环组成的二维蜂窝状，是构成其他石墨材料的基本单元，石墨烯主要分为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯、多层或厚层石墨烯4个类别。
石墨烯的力学性能与弹性模量
石墨烯的力学性能与弹性模量石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体，具有独特的力学性能和弹性模量。
在这篇文章中，我们将探讨石墨烯的力学性能以及它的弹性模量。
1. 石墨烯的力学性能石墨烯的力学性能是指它在受力作用下的表现和响应。
由于石墨烯是一种二维晶体，具有很高的结晶度和较长的晶体间距，使得它具有出色的力学性能。
首先，石墨烯具有极高的拉伸强度。
实验证明，石墨烯的拉伸强度可以达到130 GPa以上，远超过钢铁的强度。
这意味着石墨烯在受到拉伸力时，能够承受非常大的应力而不发生断裂。
其次，石墨烯具有很高的弯曲强度。
当施加弯曲力时，石墨烯仍然能够保持稳定的结构并继续承载力量。
这种弯曲强度使得石墨烯在纳米器件和柔性电子领域具有广泛的应用前景。
此外，石墨烯还具有优异的刚度和硬度。
刚度是指材料在受力后的变形程度，硬度则是指材料抵抗压力的能力。
石墨烯的刚度和硬度都非常高，能够抵抗外部的变形和压力，保持其结构的完整性。
2. 石墨烯的弹性模量弹性模量是衡量材料抵抗形变的能力。
对于石墨烯而言，由于其特殊的结构和化学键，它的弹性模量非常高。
石墨烯的弹性模量可以通过实验测得。
通过拉伸或压缩等操作，可以得到石墨烯在不同应力条件下的应变情况。
通过绘制应力-应变曲线，并分析其线性部分的斜率，就可以得到石墨烯的弹性模量。
实验证明，石墨烯的弹性模量可以达到1 TPa（万亿帕斯卡），远远高于其他材料如钢铁和硅。
这种高弹性模量使得石墨烯在微纳电子领域具有重要的应用价值，例如作为传感器和晶体管的材料。
3. 石墨烯的局限性虽然石墨烯具有卓越的力学性能和弹性模量，但它也存在一些局限性。
首先，石墨烯是一种二维材料，相对容易发生弯曲和屈曲。
这可能会对其在实际应用中的稳定性带来挑战。
因此，在设计和制备石墨烯纳米器件时，需要考虑其结构的稳定性和可控性。
其次，石墨烯的制备过程较为复杂，并且目前仍存在规模化制备的难题。
这限制了石墨烯在实际应用中的推广和商业化。
石墨烯复合材料的力学性能研究
石墨烯复合材料的力学性能研究石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶体材料，具有出色的力学性能。
它是继金刚石和石墨之后第三种稳定的碳晶体结构，在力学强度和刚度方面表现出与钢铁相当的特性。
石墨烯的力学性能研究一直是材料科学的热点，对于开发高强度、高韧性和轻质材料具有重要意义。
石墨烯复合材料是指将石墨烯与其他材料结合形成复合材料。
石墨烯作为增韧材料被添加到复合材料中，可以显著提高材料的力学性能和承载能力。
该复合材料常被用于制备高强度、轻质结构材料和多功能材料。
研究表明，将石墨烯添加到聚合物基体中可以显著提高材料的力学性能。
首先，石墨烯的高强度和高韧性能使得复合材料具有更好的抗拉和屈服强度。
其次，石墨烯具有优异的导热性能，能够更好地分散和传导热量，从而提高材料的耐热性和稳定性。
此外，石墨烯还能改善材料的导电性能，使其更具综合功能。
然而，石墨烯复合材料的力学性能研究仍存在一些挑战。
首先，石墨烯的有效分散和定向排列是制备高性能复合材料的关键。
目前，石墨烯的分散技术已经取得了一定的进展，但仍需要进一步改进。
其次，石墨烯在复合材料中的界面相互作用对材料的性能起着重要作用。
如何实现优化的界面相互作用，仍需要深入研究。
在实际应用中，石墨烯复合材料已经显示出巨大的潜力。
例如，石墨烯增强的聚合物纤维可以用于制备高性能的防弹材料和航天器结构材料。
石墨烯复合材料在能源存储和传输领域也有广泛的应用。
石墨烯增强的锂离子电池正极材料，具有更高的能量密度和更长的循环寿命。
此外，石墨烯复合材料还可以用于制备高效的光电器件和催化剂。
总之，石墨烯复合材料的力学性能研究是一个具有挑战性和前瞻性的课题。
通过深入研究石墨烯的力学性能和界面相互作用，可以实现复合材料的优化设计和制备。
石墨烯复合材料在航空航天、汽车制造、能源领域等多个领域具有广阔的应用前景。
未来的研究应进一步探索石墨烯复合材料的力学行为、改善材料的工艺性能，并提高材料的可扩展性和可持续性。
石墨烯氧化物陶瓷复合材料的制备与力学性能研究
石墨烯氧化物陶瓷复合材料的制备与力学性能研究石墨烯是由碳原子形成的单层二维晶体结构，具有独特的力学、热学、电学等性质，因此在材料科学领域引起了广泛的关注。
近年来，科学家们一直在探索如何将石墨烯应用于新型材料的制备中，石墨烯氧化物陶瓷复合材料的制备与力学性能则是其中的一个研究重点。
石墨烯氧化物陶瓷复合材料的制备方法多种多样。
一种常见的方法是将石墨烯和陶瓷颗粒混合后烧结而成。
这种方法的优点是简单易行，适用于大规模生产。
另一种方法是将陶瓷浸渍到石墨烯氧化物溶液中，利用石墨烯氧化物的表面活性性质将陶瓷颗粒牢固地吸附在石墨烯表面后烧结而成。
这种方法的优点是可以使石墨烯和陶瓷有更好的界面结合，从而提高复合材料的力学性能。
石墨烯氧化物陶瓷复合材料的力学性能是制备过程中的一个重要指标。
石墨烯的高强度和高韧性使得其成为一种理想的增强相，可以有效地提高陶瓷的强度和韧性。
同时，石墨烯还具有出色的导电性和热导性，可以改善复合材料的导电和导热性能。
因此，通过将石墨烯引入陶瓷基体中，可以显著改善陶瓷材料的力学性能和导电导热性能。
在石墨烯氧化物陶瓷复合材料的力学性能研究中，常用的测试方法包括拉伸、压缩和弯曲等。
这些测试可以揭示复合材料在不同加载条件下的力学行为和性能，并得出一些重要的结论。
例如，石墨烯与陶瓷之间的界面结合强度对复合材料的力学性能有着重要影响。
当界面结合强度较弱时，石墨烯很容易从陶瓷基体中脱离，导致复合材料的强度和韧性下降。
因此，提高石墨烯与陶瓷的界面结合强度是提高复合材料力学性能的一个关键因素。
除了测试方法，石墨烯氧化物陶瓷复合材料的力学性能研究还需要考虑其微观结构和相互作用。
例如，石墨烯颗粒的尺寸、形状和分布对复合材料的力学性能有着重要影响。
较大的石墨烯颗粒可以提高复合材料的力学性能，但可能会降低材料的断裂韧性。
因此，在制备过程中需要控制好石墨烯颗粒的尺寸和形状，以达到最佳的力学性能。
此外，石墨烯氧化物陶瓷复合材料的力学性能还受到温度和湿度等外界环境因素的影响。
石墨烯硬度研究
石墨烯硬度研究一、引言石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，其结构稳定、具有高强度、高导电性及高热传导等独特的性质，被广泛应用于电子学、光学和生物医学等领域。
其中，石墨烯的硬度是其基本力学性质之一，对于石墨烯的应用和制备具有重要意义。
本文旨在介绍当前石墨烯硬度研究的最新进展，探讨影响石墨烯硬度的主要因素和未来研究发展方向。
二、硬度的定义和评价方法硬度是材料的一个力学指标，可以反映材料抗压、抗弯、切割等方面的性能。
常见的硬度评价方法包括压痕硬度、刮痕硬度、拉伸硬度等。
在石墨烯硬度研究中，压痕硬度是最常用的一种评价方法。
压痕硬度是指在一定负荷下，测试样品表面形成的压痕的直径或长度与其负荷之间的关系，通常用维氏硬度计进行测试。
三、石墨烯硬度的影响因素1.晶格缺陷晶格缺陷是指石墨烯中碳原子晶格中有未成对电子或缺失的碳原子所构成的结构缺陷。
晶格缺陷会影响石墨烯的硬度，使其变得更加脆弱。
研究表明，石墨烯中出现缺陷后，其硬度会降低，而且缺陷越多，硬度下降越明显。
2.微观结构石墨烯是由单层碳原子构成的层状结构，其性质受到其微观结构的影响。
石墨烯中的碳原子呈现六角形排列，形成的晶胞大小和排布方式都会影响石墨烯的硬度。
此外，石墨烯的层数也会影响其硬度。
单层石墨烯比多层石墨烯硬度更高，而且随着层数的增加，其硬度会逐渐降低。
3.温度温度是影响石墨烯硬度的重要因素之一。
随着温度升高，石墨烯的硬度会降低。
这是由于石墨烯材料分子处于高温状态下，分子之间的相互作用力被破坏，使得石墨烯表面变得更加粗糙，从而使其硬度下降。
四、石墨烯硬度研究的最新进展近年来，国内外研究者对石墨烯硬度的研究取得了一系列重要的进展。
以下是其中的几个方面：1.理论预测通过计算模拟的方式，研究者预测了不同条件下石墨烯的硬度。
理论模拟的结果表明，石墨烯的硬度与其晶格结构、缺陷分布和压载方向等因素相关，同时石墨烯的硬度还受到环境因素、温度等因素的影响。
2.实验测定借助扫描探针显微镜等现代化技术手段，研究者在实验中测定了石墨烯的硬度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
石墨烯力学性能研究进展*韩同伟‘贺鹏飞2,t骆英‘张小燕“江苏大学土木工程与力学学院，江苏镇江2120132同济大学航空航天与力学学院，上海2000923江苏大学化学化工学院，江苏镇江212013摘要石墨烯是近年来发现的由单层碳原子通过共价键结合而成的具有规则六方对称的理想二维晶体，是继富勒烯和碳纳米管之后的又一种新型低维碳材料.由于具有非凡的电学、热学和力学性能以及广阔的应用前景，石墨烯被认为是具有战略意义的新材料，近年来迅速成为材料科学和凝聚态物理等领域最为活跃的研究前沿.本文简要介绍了研究石墨烯力学性能的实验测试、数值模拟和理论分析方法，重点综述了石墨烯力学性能的最新研究进展，主要包括二维石墨烯的不平整性和稳定性，石墨烯的杨氏模量、强度等基本力学性能参数的预测，石墨烯力学性能的温度相关性和应变率相关性、原子尺度缺陷和掺杂等对力学性能的影响以及石墨烯在纳米增强复合材料和微纳电子器件等领域的应用，最后对石墨烯材料与结构的力学研究进行了展望.关键词石墨烯，力学性能.分子动力学，缺陷1引言石墨烯(graphene)，又称为二维石墨片，是由单层碳原子通过共价键(碳5pz杂化轨道所形成的二键、二键)结合而成的具有规则六方对称的理想二维晶体11-21，如图1所示，于2004年由英国曼彻斯特大学的安德烈·盖姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖罗夫(Konstantin Novoselov)首先发现[fll，是继富勒烯(Cso)和碳纳米管(CNTs)之后的又一种新型低维碳材料，其厚度仅为头发丝直径的20万分之一。
约为0.335 nm，是目前发现的最薄的层状材料.在石墨烯中，每个碳原子通过很强的0键(自然界中最强的化学键)与其他3个碳原子相连接，这些很强的碳一碳键致使石墨烯片层具有极其优异的力学性质和结构刚性.碳原子有4个价电子，每个碳原子都贡献一个未成键的兀电子。
这些兀电子与平面成垂直的方向可形成二轨道，二电子可在晶体中自由移动，赋予石墨烯良好的导电性.但这些面外离位的二键与相邻层内的二键的层间相互作用远远小于一个6键，即片层间的作用力较弱，因此石墨层间很容易互相剥离，形成薄的石墨片.石墨烯的碳基二维晶体是形成sp“杂化碳质材料的基元，它可以包裹起来形成零维的富勒烯(fullerene, Cso)，卷起来形成一维的纳米碳管(carbon nanotube, CNT)，层层堆积形成三维的石墨(graphite)，石墨烯是构建众多碳质材料的基本结构单元[[3J，如图2所示.由于独特的二维结构以及优异的晶体品质，石墨烯具有十分优异的电学、热学、磁学和力学性能fl-$1，有望在高性能纳米电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器、能量存储等领域获得广泛应用.石墨烯是零隙半导体，具有一般低维碳材料所无法比拟的载流子特性，是其备受关注的重要原因之一石墨烯成为凝聚态物理学中独一无二的描述无质量狄拉克一费米子(masslessDirac Fermions)的模型体系，这种现象导致了许多新奇的电学性质因此，石墨烯为相对论量子电动力学现象的研究提供了重要借鉴.研究还表明，石墨烯的热导率和机械强度(5kW}m-1}K-1和1.06 TPa)可与宏观石墨材料相媲美，断裂强度与碳纳米管相当f7-sl.此外，石墨烯为制备集超高导电、导热及机械性能等各种优越性能于一体的新型功能复合材料提供了一种理想的纳米填料[fl。
一’‘].因此，石墨烯被誉为新一代战略材料，近年来迅速成为材料科学和凝聚态物理领域最为活跃的研究前沿[2,1“一’51. 2009年12月，Science杂志将石墨烯研究取得新进展”列为2009年十大科技进展之一2010年10月，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁.诺沃肖罗夫因在二维空间材料石墨烯方面的开创性实验而获得诺贝尔物理学奖，由此引发石墨烯新的研究热潮.本文主要介绍石墨烯在力学性能方面的最新研究进展，首先简要介绍研究石墨烯力学性能的实验测试、数值模拟和理论分析方法，然后重点综述石墨烯力学性能的最新研究进展，主要包括:(1)二维石墨烯的不平整性和稳定性;(2)石墨烯的杨氏模量、强度等基本力学性能参数的预测;(3)石墨烯力学性能的温度相关性和应变率相关性;(4)原子尺度缺陷和掺杂等对石墨烯力学性能的影响;(5)石墨烯在纳米增强复合材料和微纳电子器件等领域的应用在此基础上，指出今后值得重视的若干研究方向.2研究石墨烯力学性能的方法纳米材料的力学行为是固体力学领域的重要科学问题，发展适用于低维纳米材料力学性能的预测及测试技术是当前固体力学研究领域的重要前沿课题.目前，对于石墨烯等原子厚度纳米薄膜，人们面临着从研究方法到研究内容等诸多方面的挑战与困难.研究石墨烯的力学性能，就研究方法而言，主要有实验测试、数值模拟和理论分析3种途径.关于实验测试方法，文献!16-18{对纳米材料力学性能、纳米薄膜等界面强度测试方法进行了总结评述.然而，由于石墨烯独特的二维结构，就现阶段的实验条件而言，对石墨烯进行力学测试的难度仍然很大，主要原因一方面是高质量石墨烯材料的制备较为困难，另外，可有效使用的实验设备甚少，以及载荷与变形量的测量精度不易保证.目前只有原子力显微镜(AFM)纳米压痕实验系统可以有效使用，但仍须借助理论分析才能得到有效的材料力学性能参数.但是，纳米压痕的结果具有一定的分散性。
压头尺寸、形状、位置以及材料本身的一些形貌特征对实验结果会带来较大的影响，需要进行大量试验，采用多点测试，统计分析的方法才能获得有意义的实验结果.除了实验测试手段，数值模拟已经成为纳米材料力学行为研究的强有力工具[[is-ao]，文献【21}对此进行了详细的综述.一般而言，研究纳米尺度材料力学性能最常用的数值模拟计算方法有:量子力学方法!zz]、分子力学(molecular mechanics)方法[23]、蒙特卡罗(Monte Carlo)方法[24-26]和分子动力学(molecular dynamics)方法[z7-2s].从根本上讲，对材料的研究可以通过量子力学第一原理得到所需要的结果，但由于理论上的困难和计算机资源方面的限制，量子力学要处理成千上万个原子的分子体系，就显得无能为力.分子力学方法借助普遍适用的分子力场，建立各原子间微观变形运动与势能变化之间的关系，可以描述基态原子的结构变化特征[23].但是，严格地讲，该方法描述的是绝对零度的分子体系，无法反映分子结构形变运动中的各种温度效应.特别对于所有原子皆为表面原子的石墨烯结构，温度变化对其物性的影响非常显著.蒙特卡罗方法虽然通过波耳兹曼(Boltzmann)因子的引入能够描述不同温度的平均体系，可仍然只用势能项描述分子体系，不含有动能项，因而不能真实体现分子体系的动态变化过程.分子动力学方法具有其他方法所没有的特点，既含有动能项，也包含分子结构变化的时间函数，从而可以定量地模拟真实固体中所发生的动态过程，深入了解原子运动的复杂机制，从本质上揭示结构运动规律.当研究较短时间尺度内具有温度效应与时间效应的结晶过程、膨胀过程、弛豫过程和外力场中的形变过程时，分子动力学方法具有不可替代的优势目前。
分子动力学模拟可以实现百万甚至数十亿个原子的计算规模，已经成为研究纳米材料力学行为的有力工具.在理论分析方面，由于目前纳米尺度力学的理论框架尚未成熟，基于连续介质理论的分析方法被尝试用来研究石墨烯、碳纳米管等微纳观结构的力学行为[}30-54}.连续介质力学是一门相对完善的学科，利用纳米结构与宏观结构的某些相似性，采用连续介质力学理论进行唯象模拟，可以克服分子动力学方法对时间和空间尺度的限制，是一种非常有效的分析手段.基于连续介质理论的分析方法大概有两类:一类是采用等效模型，如弹性梁模型、弹性壳模型等，该方法是将石墨烯或碳纳米管结构用弹簧、杆、梁、薄膜、板、壳等元件来构造，元件的力学与几何参数通过在少数几个典型变形情况下由原子模拟得到的相应结果来进行拟合，但这种方法不能保证在选择的典型变形情况以外其他更多情况下模拟的准确性，而且只能进行线性分析;另外一类方法是基于原子势的连续介质方法，该方法通过Born律将原子的键能等效于连续介质固体的应变能，把原子势计入连续介质本构模型之中，如Hwang 研究组}44-47,49-54}提出的基于原子势的连续膜理论和后来发展的连续壳体理论.当然，由于纳米尺度所独有的一些特殊性质，在某些情况下，我们无法直接利用现有的连续介质力学的基本理论，因此仍需进一步完善和发展连续介质力学的理论和方法，使其能够用于石墨烯、碳纳米管等力学问题的研究.3石墨烯的力学性能3.1石墨烯的不平整性和稳定性关于准二维晶体的存在，科学界一直存在争议.早在1934年，Peierls[55]就提出准二维晶体材料在室温环境下会迅速分解或拆解.根据Mermin-Wagner理论[56-57]，长的波长起伏会使长程有序的二维晶体受到破坏.另外，根据弹性理论[[58-59)，二维薄膜在有限温度(>0K)下表现出不稳定性，尤其会发生弯曲现象.因此科学家们一直认为严格的二维晶体结构由于热力学不稳定性而难以独立稳定地存在.单层石墨烯的成功制备[[i,so]震惊了物理界，使科学家们对“完美二维晶体结构无法在非绝对零度下稳定存在”这一基本论述提出了质疑.Novoselov等[i,so]利用机械剥离法(mechanicalcleavage)首次成功获得了真正意义上的二维石墨烯片，而且可在外界环境中稳定地存在，为二维体系的实验研究提供了广阔的空间.然而，石墨烯在自然状态下是否为完美的平面结构还函待进一步证实，诸多学者对此进行了研究.Meyer[si-sa]和Ishigami等[63]将石墨烯嵌入三维空间(附着在微型支架或置于Si0:衬底上)，通过透射电子显微镜观察并辅以数值模拟，研究表明，石墨烯并不完全平整，产生了面外起伏褶皱，如图3(a)所示.Fasolino等[64]采用蒙特卡罗模拟方法研究了石墨烯的平整度问题，发现由于热涨落，石墨烯中自发地存在大约8 nm的波纹状褶皱，如图3(b)所示.产生这些褶皱的原因可能与碳原子在二维石墨烯中所处的环境有一定的关系，Carlsson[65}对此进行了讨论.石墨烯中的碳原子在薄膜上下没有近邻原子，碳原子容易在法向方向失稳而没有恢复力.正是这些纳米级别的三维褶皱巧妙地使二维石墨烯晶体结构稳定地存在.褶皱的产生与碳碳键的柔性也存在有一定的关系.理论上，碳碳键长为0.142 nm，实际自由状态下，石墨烯薄膜中的碳碳键长介于0.1300.154 nm分布[64}.另外，石墨烯的边界表现出不稳定性，边界的结构和形貌对石墨烯的性质会产生重要影响.Shenoy等[ss】基于有限元分析和原子模拟，研究发现，扶手椅型和锯齿型石墨烯的边界均会产生压应力，边界压力的存在会导致石墨烯薄膜边界产生翘曲现象，如图4所示，同时发现锯齿边的起伏幅度大于扶手椅边的起伏幅度.Reddv等[s7{通过能量最小化研究石墨烯平衡态的构型发现，初始为矩形的4条边在平衡态时也会发生弯曲现象.韩同伟等(ss-ss}基于AIREBO势函数利用分子动力学方法模拟了自由态石墨烯的弛豫性能也发现边界会产生相似的翘曲现象，同时发现多层石墨烯的边界翘曲程度明显比单层石墨烯的小.Gass等X70}采用扫描透射电镜对无支撑石墨烯的原子晶格进行了实验观测并辅以数值分析，研究表明，无支撑石墨烯的边界会重组产生卷曲现象，形成直径最小的纳米管.石墨烯边界产生翘曲或卷曲的原因可能在于孤立的石墨烯边缘存在大量的悬键，由于悬键的存在，使得石墨烯边缘处的能量较高，从而致使其发生变形以减小边界处的能量.3.2石墨烯的杨氏模量、强度等基本力学性能参数的预测石墨烯的杨氏模量、泊松比、抗拉强度等基本力学性能参数的预测是近年来石墨烯力学性能研究的主要内容之一需要指出的是，杨氏模量等力学性能参数是属于连续介质框架下的力学概念，由于石墨烯是由单层碳原子构成，其厚度必须采用连续介质假设后计算其力学性能参数才有意义.但到目前为止，人们尚未对此形成统一的认识.有些研究学者取此厚度为0.066 nm}37,7i}，略小于单个碳原子的半径，更多的研究学者取石墨晶体的层间距0.335 nm}7}7z-7s].因此采用不同的厚度定义方式，得到的应力和杨氏模量等结果是不同的.在实验测试方面，由于石墨烯的二维结构，传统的宏观材料测试方法和技术很难获得石墨烯有效的力学性能参数，原子力纳米压痕实验系统得到了较多的应用.Lee等[}7}将石墨烯置于带有孔状结构的Si衬底表面，首次利用原子力显微镜纳米压痕实验研究了石墨烯的弹性性质和断裂强度，得到压头压入深度与所施加的力的关系曲线，如图5所示，并辅以连续介质力学分析，假设石墨烯厚度为。