7. Nội dung
3.4.3bền của graphene
Graphene là chất liệu bền nhất trên thế giới, theo những thí nghiệm mới đƣợc thực hiện bởi các nhà nghiên cứu tại trƣờng đại học Columbia ở Mĩ. Bí mật với độ bền ngoại hạng của vật liệu, theo lời đội nghiên cứu, nằm ở sức mạnh của liên kết cacbon-cacbon và thực tế thì các đơn lớp graphene kiểm tra không có khiếm khuyết.
Sức bền nội tại của chất là sức căng lớn nhất mà một chất nguyên khôi (hoặc không có khiếm khuyết) có thể chịu đƣợc ngay trƣớc khi tất cả các nguyên tử trong một tiết diện cho trƣớc bị kéo ra khỏi nhau đồng thời. Về cơ bản thì mọi chất liệu đều chứa những khiếm khuyết, nhƣ các vết nứt hay xƣớc vi mô, chúng yếu hơn chất liệu xung quanh.
Ấn lõm màng graphene bằng một kính hiển vi lực nguyên tử với đầu nhọn kim cƣơng có bán kính khoảng 20 nm. Chọn đầu nhọn kim cƣơng vì các đầu nhọn silicon bình thƣờng sẽ gãy trƣớc khi graphene vỡ.
Hình 3.6: Ảnh minh họa vết lõm của một tấm graphene đơn nguyên tử chụp qua đầu mút
kim cương của kính hiển vi lực nguyên tử.
27
Phản ứng lực dịch chuyển của các màng graphene đơn lớp cho phép xác định tính chất đàn hồi của màng graphene. Lực mà tại đó màng bị vỡ và phân bố thống kê của lực phá vỡ của nhiều màng cho phép tính đƣợc sức bền nội tại của graphene. Màng này không có khiếm khuyết vì chúng quá nhỏ. Kết quả cho thấy sức bền nội tại của graphene có thể xem là một “giới hạn trên” cho sức bền của vật liệu – giống nhƣ kim cƣơng là chất cứng nhất. Nếu so sánh với thép, graphene nhẹ hơn 6 lần, tỉ trọng thấp hơn 5-6 lần, cứng hơn gấp 2 lần và độ co dãn tốt hơn 10 lần. Ngoài ra graphene có độ chịu uốn cao hơn thép 13 lần.