The invention provides a method for measuring the bending stiffness of two-dimensional nanomaterials, which includes: (1) transferring two-dimensional nanomaterials to the surface of the base material with a circular hole array, covering the circular hole to form a closed-loop environment and forming a sample system to be measured; (2) bubbling experiments are carried out to form bubbles for the sample system to be measured. The pressure difference between the inside and outside of the bubbles is (p); (3) The force analysis of the two-dimensional nanomaterials forming bubbles is carried out. For the bubbles with ball cap shape, the film theory is used to solve the problem, and for the bubbles with bulge shape, the non-linear plate theory is used to solve the problem, and the elastic modulus and bending stiffness of the materials are obtained. The invention carries out stable and controllable deformation of two-dimensional nanomaterials, combines the microscopic characterization of bubbles with theoretical solution, breaks through the difficult problem of measuring bending stiffness of two-dimensional nanomaterials, and enriches the technical means of basic mechanics research of layered materials.
【技术实现步骤摘要】
一种测量二维纳米材料弯曲刚度的方法
本专利技术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。
技术介绍
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.etal.Intrinsicripplesingraphene.NatureMaterials,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.etal.Thestructureofsuspendedgraphenesheets.Nature,2007,446(7131):60-63；Kim,K.etal.Multiplyfoldedgraphene.PhysicalReviewB,2011,83(24):245433；Khestanova,E.etal.U...
【技术保护点】
1.一种测量二维纳米材料弯曲刚度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将二维纳米材料转移到具有圆孔阵列的基底材料表面，覆盖在基底材料的圆孔上形成密闭环境，形成待测样品系统；(2)将步骤(1)所述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)对步骤(2)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，结合待测二维纳米材料的泊松比ν，得出所述材料的弹性模量E和弯曲刚度D。
【技术特征摘要】
1.一种测量二维纳米材料弯曲刚度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将二维纳米材料转移到具有圆孔阵列的基底材料表面，覆盖在基底材料的圆孔上形成密闭环境，形成待测样品系统；(2)将步骤(1)所述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)对步骤(2)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，结合待测二维纳米材料的泊松比ν，得出所述材料的弹性模量E和弯曲刚度D。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述基底材料为刚性基底和/或柔性基底；优选地，所述刚性基底包括硅片、金属片、蓝宝石或玻璃片中任意一种；优选地，所述硅片表面覆盖二氧化硅；优选地，所述玻璃片包括石英玻璃片、普通玻璃片或ITO导电玻璃中任意一种。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述柔性基底包括高分子材料；优选地，所述高分子材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、光固化树脂、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷或聚苯乙烯中任意一种。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述具有圆孔阵列的基底材料是通过在基底材料上加工不同孔径和不同深度的圆孔形成的；优选地，所述圆孔的加工直径为0.5～10μm，优选为1～5μm；优选地，所述圆孔的加工深度为50～300nm，优选为100～150nm；优选地，所述圆孔阵列中各圆孔的孔间距为1～15μm，优选为3～10μm。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述二维纳米材料为片层状材料；优选地，步骤(1)所述二维纳米材料包括石墨烯、六方氮化硼、黑磷、硅烯、过渡金属硫族化合物、二维Janus材料或MXenes材料中任意一种；优选地，过渡金属硫族化合物包括过渡金属硫化物、过渡金属硒化物或过渡金属碲化物中任意一种；优选地，所述过渡金属硫族化合物包括二硫化钼、二硫化钨、二碲化钼或二硒化钨中任意一种；优选地，步骤(1)所述二维纳米材料的厚度为1.8～50nm，优选为1.8～20nm；优选地，步骤(1)所述二维纳米材料通过微机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法或湿法化学中任意一种制备到具有圆孔阵列的基底材料上；优选地，步骤(1)所述转移的方式为湿法转移和/或干法转移。6.根据权利要求1-5任一项所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖钧凯，汪国睿，戴兆贺，刘璐琪，张忠，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11
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