复旦大学徐凡教授研究团队：石墨烯纳米条带的滑动与剥离竞争机制 | MDPI Materials

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通讯作者

徐凡 教授

复旦大学

Materials 编委

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复旦大学教授、博士生导师。国家自然科学基金委优秀青年基金获得者、上海市“曙光学者”、“青年科技启明星”。主要从事薄膜力学、软物质与柔性结构力学、智能材料力学研究，探索几何、本构和拓扑微结构等对软物质大变形行为的影响机制，应用于形貌调控和功能结构器件设计。以第一或通讯作者身份在《物理评论快报》、Journal of the Mechanics and Physics of Solids、Nature Computational Science 等知名学术期刊发表 SCI 论文50余篇，成果被 Nature、Nature Physics、Nature Biomedical Engineering和 Nature Computational Science 专题评论报道。担任中国力学学会青年工作委员会委员，中国力学学会软物质力学工作组组员、微纳米力学工作组组员、上海市力学学会常务理事、美国数学学会 (American Mathematical Society, AMS) 评论员、《力学进展》青年编委、《力学与实践》青年编委、International Journal of Non-Linear Mechanics 客座编辑、Journal of Micromechanics and Molecular Physics 副主编。

第一作者

李睿扬 博士研究生

复旦大学

复旦大学航空航天系博士研究生，主要研究方向为低维材料力学行为。

文章导读

在石墨烯纳米条带的制备和实验过程中，研究人员不可避免地会使用提升和拖拽等方法来移动石墨烯纳米条带。利用这些方法对石墨烯纳米条带进行操作会导致有趣的力学响应，例如剥离和滑动。理解石墨烯纳米条带的力学行为对有效利用力学变形测量低维材料的性能和特性至关重要。来自复旦大学航空航天系的徐凡教授课题组在 Materials 期刊发表了文章，研究了水平拖拽下石墨烯纳米条带复杂的剥离和滑动耦合行为，揭示了在水平拖动下，石墨烯纳米条带的滑动和剥离 (图1) 之间的非线性竞争行为，并给出了相图。

图1. 石墨烯纳米条带在不同操作下的两种力学响应：滑动和剥离。

研究过程与结果

水平拖拽下石墨烯纳米条带的滑动

与剥离竞争机制

作者通过分子动力学模拟，揭示了石墨烯纳米条带在逆向水平拖拽下的两种力学响应，即滑动和剥离，并通过对比尾端原子和虚拟原子的位移对两种行为做出了定量的区分 (图2,3)。另外，作者探讨了提升高度、拖拽速度、条带长度和基底取向对石墨烯纳米条带水平拖拽下力学行为的影响，并给出了相图 (图4)。研究发现，随着提升高度变高、拖拽速度变大、条带长度变长，石墨烯纳米条带水平拖拽下的力学响应从滑动向剥离转变，然而基底取向对滑动剥离行为的转变没有显著影响。

图2. 石墨烯纳米条带的两种力学响应：滑动和剥离。两种响应都可以根据时间分为两个阶段：提起端变形和滑动剥离主导过程。

图3. 实线为尾端原子的位移，虚线为虚拟拖拽原子的位移。当去掉阶段 I 的位移后，通过对比尾端原子和虚拟原子的位移可以区分滑动和剥离两种行为。

图4. 滑动剥离行为转变相图。

剥离行为的成因

研究发现，剥离行为的根源是石墨烯纳米条带尾端原子下沉导致的速度下降。通过对比石墨烯纳米条带尾端原子的高度、尾端摩尔纹能量和尾端原子速度 (图5)，研究人员发现尾端原子下沉使尾端摩尔纹处于低能量的稳定态，导致速度下降继而和拖动端产生速度差，从而产生剥离行为。

图5. 尾端原子高度、尾端摩尔纹能量与尾端原子速度对比图。

研究总结

本文研究了石墨烯纳米条带在水平拖拽下滑动与剥离行为的竞争机制，给出了滑动与剥离行为转变相图，得出以下结论：

1

随着提升高度变高、拖拽速度变大、条带长度变长，石墨烯纳米条带水平拖拽下力学响应从滑动向剥离转变。

2

基底取向对滑动剥离行为的转变没有显著影响。

3

尾端原子下沉导致剥离行为出现。

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阅读英文原文

原文出自 Materials 期刊

Li, R.; Xu, F. Competition between Sliding and Peeling of Graphene Nanoribbons under Horizontal Drag. Materials 2022, 15, 3284.

   Materials 期刊介绍

主编：Maryam Tabrizian, McGill University, Canada

期刊主要关注材料科学与工程研究相关领域的最新研究成果，包括但不限于高分子、纳米材料、能源材料、复合材料、碳材料、多孔材料、生物材料、建筑材料、陶瓷、金属等。

2021 Impact Factor	3.748
2021 CiteScore	4.7
Time to First Decision	15.3 Days
Time to Publication	38 Days

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