二維材料力學性能首次測出

科技日報柏林1月22日電目前已知的材料特性都是基於材料的三維結構， 而最薄的材料只有一個原子厚度， 其二維力學性能完全不同於三維材料特性。 為了獲取和處理二維材料， 迄今為止都是以三維材料薄膜形式替代。 德國薩爾州大學物理學家烏韋·哈特曼和萊布尼茨新材料研究所的研究人員合作， 通過掃描隧道顯微鏡測量石墨烯， 首次能夠表徵原子級薄膜材料的二維力學性能。 相關結果刊登在專業雜誌《納米尺度》上。

近年來， 二維材料備受關注。 2010年， 安德列·吉姆和康斯坦丁·諾沃索洛夫因研究二維純碳材料石墨烯而獲得諾貝爾物理學獎，

由此開啟了諸如矽、鍺等元素的二維材料製造和材料特性表徵。 哈特曼表示， 一些二維材料的電子特性相當驚奇， 如材料內的電子移動遵循相對論原理， 而傳統三維材料基本不是這樣， 在製造電子元件方面， 這是一個有趣的優勢。 另外， 二維材料的力學性能也是獨一無二的， 相對其厚度， 顯示出的力學穩定性比三維材料大得多。 2013年， 歐盟投入10億歐元研究經費， 將石墨烯列為旗艦項目， 以進一步挖掘二維材料的潛力。

然而到目前為止， 關於這些新材料力學性質的許多資訊都來自類比計算。 哈特曼說：“二維材料一直只能作為三維材料表面上的薄膜來看待， 而整個系統的性質不可避免地還是由三維材料來決定。

”不過， 在最新研究中， 他們首次直接測量出了原子級薄碳改性二維材料的力學性能。 “這使得類比計算的資料可以直接與實驗結果進行比較。 此外， 膜的晶格的各種缺陷對其力學性能的影響也將能夠測量。 ”

哈特曼表示， 二維材料可以給許多領域帶來創新， 從感測器、處理器到過濾技術和燃料電池等。