现在生产的最薄的材料具有单个原子的厚度。它们被成为二维（2D）材料，具有与三维（3D）材料不同的特性。

直到最近，在某些合适的3D基片表面，已经生产和开发了2D材料作为薄膜。在与莱布尼茨新材料研究所的一个团队合作下，乌韦哈特曼教授领导的萨尔兰大学的一个物理学家团队首次成功地表征了石墨烯的独立单原子厚膜的力学性能。用扫描隧道显微镜(STM)进行测量。他们的研究成果已经发表在纳米级的专业期刊上。

（图片来源：Dasbilderwerk）

二维材料是最近的创作。 2010年，科学家AndréGeim和KonstantinNovoselov因为他们在材料石墨烯方面的工作 - 二维纯碳的同素异形体而获得了诺贝尔物理学奖。在这个发现之后，由锗或硅制成的许多其他2D材料也被创建并表征。萨尔大学的实验物理学家Uwe Hartmann教授解释说：“这些材料的特点是它们只有一个原子厚 - 它们几乎全部是平面的。 因此，它们具有与其更传统的3D对应物完全不同的物理属性。

Hartmann说：“石墨烯的某些结构的电子性质是惊人的，材料内部的电子是相对的，即它们服从相对论定律，当然，传统材料中的电子不会出现这样的情况，这对用二维材料制造的电子元件来说有许多有趣的优点。

这些2D材料的力学性能也是独有的。根据Hartmann的说法：“这些二维材料的某些结构表现出一定程度的机械稳定性，相对于材料的厚度来说，要比在最稳定的三维材料要稳定得多。”为了操纵这一潜力，欧盟于2013年启动了石墨烯旗舰项目。该项目的研究预算为10亿欧元，是欧盟迄今为止最大的研究计划。

然而，关于这些独特材料的力学性能的信息迄今为止已经从模拟中得到。

Hartmann 说：“到目前为止，使用二维材料意味着在适当的三维基

底表面上使用超薄膜，因此，整个系统的性能不可避免地要由三维材料决定。”

哈特曼的研究团队与莱布尼茨新材料研究所(Inm)合作，直接测量了一个独立机构的力学性能。首次制备了碳同质石墨烯单层膜.

Hartmann教授说：“我们现在可以直接比较模型计算的数据和实验结果。此外，我们现在可以测量膜晶格中不同的缺陷对力学性能的影响。 这些2D材料在执行器和传感器，燃料电池和过滤系统等一系列技术领域具有创新发展的实质性前景。因此该研究小组在萨尔布吕肯开发的结果和技术成为各个研究领域的重点。

萨尔布吕肯的研究人员使用了一种石墨烯单层，这种单层膜是用标准的圆孔阵列支撑在基片上的。Hartmann说：“孔的直径约为1微米，使用扫描隧道显微镜（STM），我们能够以原子精度来分析孔上方的独立膜。

Hartmann说：“当在STM的尖端和石墨烯的单原子厚膜之间施加电压时，会有电流流过。 这种被称为“隧穿电流”,它对显微镜尖端和膜样品之间的距离以及石墨烯膜中的电子分布高度敏感。我们使用这种效应来使单个原子可见，隧道电流随着STM尖端扫描材料而变化。”

研究人员也利用另一个效应。 当在STM的尖端和样品之间施加电压时，力作用在独立的石墨烯膜上，并且其开始向尖端凸出。 Hartmann说：“当尖端被抽出时，原子层较薄的单层更加凸出，因为它被具有原子级精密度的镊子有效地提起，测量膜偏转作为STM产生的静电拉力的函数，产生了一个应力 - 应变图，为我们提供了石墨烯膜的关键力学性能。”

Uwe Hartmann教授最后说：“通过这些实验应力 - 应变图，我们能够直接验证迄今为止对这些材料推测的特殊的力学性能。 而且我们能够用十亿分之一牛顿力做到这一点，远远小于传统机械测量中使用的任何力。 研究人员还能够证明，当一个力量被应用到石墨烯的独立膜上时，该膜的表现不像一个平滑的光滑的表面，但看起来更像湖泊的波纹表面。 膜表现出一系列的波状运动，并且通过在膜表面产生新的波纹来响应任何外部干扰。”

文章来自azom，原文题目为：Researchers Measure Mechanical Properties of 2D Materials，由材料科技在线汇总整理。