資料的疲憊損壞沒有顯著的征兆,，研討疲憊行為對(duì)評(píng)價(jià)資料可靠性至關(guān)重要,。而二維資料是否會(huì)表現(xiàn)出疲憊現(xiàn)象、損害機(jī)制是什么均不清楚,。本文發(fā)現(xiàn)在均勻應(yīng)力為71 GPa,，應(yīng)力改變規(guī)模為5.6 GPa下，疲憊壽數(shù)能夠超越10^9周次,，這種應(yīng)力水平至少比高強(qiáng)度鋼和航空航天鋁合金的微觀疲憊試驗(yàn)高出一個(gè)數(shù)量級(jí),。

一般，資料在遠(yuǎn)低于抗拉強(qiáng)度的循環(huán)載荷效果下會(huì)發(fā)生機(jī)械疲憊,，因此研討疲憊行為對(duì)評(píng)價(jià)處于長(zhǎng)時(shí)刻動(dòng)力載荷下的資料可靠性至關(guān)重要。現(xiàn)在二維資料(2D)的疲憊壽數(shù)和損害機(jī)理尚不清楚,。近日，加拿大多倫多大學(xué)的研討者對(duì)獨(dú)立式(freestanding) 二維資料,，特別是石墨烯和氧化石墨烯(GO)進(jìn)行了疲憊研討。使用原子力顯微鏡研討發(fā)現(xiàn),，當(dāng)均勻應(yīng)力為71 GPa,，應(yīng)力改變規(guī)模在5.6 GPa時(shí)，單層和多層石墨烯的疲憊壽數(shù)超越10^9循環(huán)周次,，比迄今為止報(bào)導(dǎo)的任何資料都要高。

疲憊損壞特點(diǎn)

突然性：開裂時(shí)并無顯著的微觀塑性變形,，開裂前沒有顯著的預(yù)兆，而是突然地?fù)p壞,；
低應(yīng)力：疲憊損壞在循環(huán)應(yīng)力的最大值,，遠(yuǎn)低于資料的抗拉強(qiáng)度或屈服強(qiáng)度的情況下就能夠發(fā)生；
重復(fù)載荷：疲憊損壞是屢次重復(fù)載荷效果下發(fā)生的損壞,，它是較長(zhǎng)時(shí)刻的交變應(yīng)力效果的結(jié)果,，疲憊損壞往往要經(jīng)歷一定時(shí)刻，與靜載下的一次損壞不同,；
缺點(diǎn)靈敏：疲憊對(duì)缺點(diǎn)（例如缺口、裂紋及組織缺點(diǎn)）十分靈敏,，因?yàn)槠v損壞是從部分開端的,，所以它對(duì)缺點(diǎn)具有高度的選擇性；

疲憊斷口：疲憊損壞能清楚地顯現(xiàn)出裂紋的發(fā)生、擴(kuò)展和最后開裂三個(gè)組成部份,。
二維資料(2D)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械和電子范疇,，這些范疇中資料常受循環(huán)應(yīng)力的影響,。但是,，在這些原子級(jí)薄膜資料是否會(huì)表現(xiàn)出疲憊現(xiàn)象還不清楚。假如出現(xiàn)疲憊,，又會(huì)衍生出以下問題：疲憊壽數(shù)是多少,？潛在的損害機(jī)制是什么？雖然對(duì)石墨烯等2D資料的固有疲憊行為缺少了解,，但微觀研討現(xiàn)已證明,，即便只添加少數(shù)(<1wt%)石墨烯，也能將聚合物基復(fù)合資料的疲憊壽數(shù)進(jìn)步約——1-2個(gè)數(shù)量級(jí),。

研討者借用原子力顯微鏡對(duì)石墨烯和氧化石墨烯進(jìn)行疲憊研討,。石墨烯的疲憊曲線(圖2a)顯現(xiàn)，當(dāng)Fdc從——80%削減到——50%時(shí),，疲憊壽數(shù)顯著進(jìn)步,，從10^5個(gè)循環(huán)增加到10^9循環(huán)周次以上。關(guān)于直徑為2.5μm的石墨烯,，根據(jù)非線性有限元分析,，其均勻應(yīng)力為71 GPa，在50%的靜態(tài)開裂力和5nm的頂級(jí)振幅下應(yīng)力改變規(guī)模為5.6 GPa,。在如此高的均勻應(yīng)力和應(yīng)力幅值下,，還沒有其他資料的疲憊壽數(shù)能夠超越10^9個(gè)循環(huán),。這種應(yīng)力水平至少比高強(qiáng)度鋼和航空航天鋁合金的微觀疲憊試驗(yàn)高出一個(gè)數(shù)量級(jí),。超薄(亞微米)金屬薄膜(如銅或金)的疲憊壽數(shù)對(duì)厚度和晶粒尺度有很強(qiáng)的依賴性,，但其抗疲憊功能均低于石墨烯。其他碳多晶型,，如石墨和化學(xué)氣相堆積(CVD)鉆石,，也被證明別離能在超越10^9和10^7循環(huán)周次存活,，但其應(yīng)力水均勻小于1 GPa,。

研討還發(fā)現(xiàn),，單層石墨烯的疲憊失效是大規(guī)模驟變的,，并沒有損害累積；分子動(dòng)力學(xué)模仿顯現(xiàn),，這是經(jīng)過缺點(diǎn)附近應(yīng)力介導(dǎo)的鍵重構(gòu)完成的,。相反，氧化石墨烯中的官能團(tuán)具有部分疲憊損害累積機(jī)制,。

1,、2D資料的疲憊性測(cè)驗(yàn)

2、石墨烯的疲憊

3,、氧化石墨烯的疲憊

4,、疲憊開裂形態(tài)。

5,、石墨烯和氧化石墨烯的MD疲憊模仿,。

本研討不僅為石墨烯納米復(fù)合資料的疲憊增強(qiáng)行為供給了基礎(chǔ)研討，也為其他二維資料的動(dòng)態(tài)可靠性評(píng)價(jià)供給了新起點(diǎn),。石墨烯與氧化石墨烯之間的力學(xué)差異表明,，功能化是調(diào)整疲憊行為的潛在途徑。這種疲憊測(cè)驗(yàn)方法也能夠應(yīng)用于其他廣泛應(yīng)用于各種柔性電子應(yīng)用的二維資料,。