写的氮杂2002年6月3日
官方消息:六方氮化硼(h-BN)是二维材料中的“铁人”，它非常抗裂，与工程师们至今仍在使用的测量韧性的古老理论描述相违背。欧洲杯足球竞彩
“我们在这种材料中观察到的是显着的，”赖斯大学的君豪议员，合作作者自然论文于本周发表。“没有人希望在2D材料中看到这一点。这就是为什么它如此令人兴奋。”欧洲杯足球竞彩
娄通过比较氢氮化硼与石墨烯的断裂韧性来解释这一发现的意义。在结构上，石墨烯和h-BN几乎相同。在每一个原子中，原子排列在相互连接的六边形平面晶格中。在石墨烯中，所有原子都是碳，而在h-BN中，每个六边形都含有三个氮原子和三个硼原子。
石墨烯中的碳碳键是自然界中最强的，这应该使石墨烯成为周围最坚硬的物质。但这里有个陷阱。即使有几个原子不在合适的位置上，石墨烯的性能也会从卓越变成平庸。Lou说，在现实世界中，没有一种材料是没有缺陷的，这就是为什么断裂韧性(或抗裂纹扩展)在工程中如此重要:它准确地描述了现实世界的材料在失败前能承受多大的惩罚。
“我们七年前测量了石墨烯的断裂韧性，其实际上并不是抗骨折，”娄说。“如果格子上出现了裂缝，少量的载荷就会破坏材料。”
总之，石墨烯是脆性的。1921年，英国工程师A.A. Griffith发表了一篇开创性的断裂力学理论研究，描述了脆性材料的破坏。欧洲杯足球竞彩格里菲斯的工作描述了材料中裂纹的大小和使裂纹扩展所需的力之间的关系。
Lou 2014年的研究表明，石墨烯的断裂韧性可以用Griffith经过时间考验的标准来解释。考虑到氢氮化硼的结构与石墨烯相似，它也被认为是脆性的。
事实并非如此。六方氮化硼的抗断裂性能大约是石墨烯的10倍，而氢氮化硼在断裂试验中的行为是如此出人意料，以至于用格里菲斯公式无法描述。为了精确地展示它的行为和原因，卢在莱斯大学的实验室进行了1000多个小时的实验，以及由新加坡南洋理工大学(NTU)的共同通讯作者华健(Huajian Gao)领导的同样艰苦的理论工作。
“让这项工作如此令人兴奋的是，它揭示了一种本应完美脆性材料的内在增韧机制，”Gao说。“显然，即使格里菲斯也无法预见两种具有相似原子结构的脆性材料的这种巨大不同的骨折行为。”欧洲杯足球竞彩
LOU，GAO和同事追踪了较大的不同材料行为，以略微不对称，由H-BN包含两个元素而不是一个元素。
“硼和氮是不一样的，所以即使你有这个六边形，它也不像碳六边形（石墨烯），因为这种不对称的安排，”娄说。
他说，理论描述的细节是复杂的，但是果实是H-BN的裂缝具有分支和转弯的趋势。在石墨烯中，裂缝的尖端穿过材料，像拉链一样打开粘合。但H-BN的晶格不对称会产生一个“分叉”可以形成分支。
“如果裂缝是分支的，这意味着它是转弯，”娄说。“如果你有这种旋转裂缝，它基本上需要额外的能量来进一步推动裂缝。所以你有效地使材料变韧，使裂缝更难以扩展。”
Gao说,“内在晶格不对称的赋予H-BN具有永久性倾向，使移动裂缝分支出来，就像一艘失去她的滑雪者或他保持平衡姿势的能力直接向前移动。”
由于其耐热性，化学稳定性和介电性能，六方硼氮化物已经是2D电子和其他应用的极其重要的材料，其允许其用作电子元件之间的支撑基座和绝缘层。娄说，H-BN的令人惊讶的韧性也可以使其成为为从2D材料制成的柔性电子产品添加抗撕裂性的理想选择，这往往是脆性的。欧洲杯足球竞彩
“基于材料的2D电子产品的利基领域是柔性设备，”娄说。
他说，除了电子纺织品等应用，2D电子产品也足够薄，可以用于电子纹身和可以直接连接到大脑的植入等更奇特的应用。
“对于这种结构，你需要确保材料本身在弯曲时具有机械强度，”娄说。“那个H-BN是如此破裂是2D电子社区的好消息，因为它可以使用这种材料作为非常有效的保护层。”
GAO表示，通过工程结构不对称，调查结果还可以指向一种新的途径来制造坚韧的机械超材料。欧洲杯足球竞彩
“在极端载荷下，骨折可能是不可避免的，但它可以通过结构设计减轻其灾难性效果”Gao说。
娄是材料科学和纳米工程中的教授和副部长，以及米饭的化学教授。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球高于NTU的工程和科学学校的杰出大学教授。欧洲杯线上买球
赖斯的合作作者是杨颖超(现任缅因大学助理教授)、王超(现任哈尔滨工业大学教授)和张伯宇。其他合著者包括布朗大学的Bo Ni;中国清华大学李晓燕;吕广元，张清华，顾林，谢晓明;欧洲杯线上买球新加坡科学技术研究中心的宋志公，清华大学和布朗大学的前研究员。欧洲杯线上买球
该研究得到了美国能源部(DE-SC0018193)的支持，并在布朗大学计算与可视化中心的美国国家科学基金会极端科学与工程发现环境(MSS090046)提供的资源上进行了模拟。欧洲杯线上买球
来源:https://www.rice.edu/