Graphene nano-ribbon under tension
采用原子模拟方法研究了石墨烯纳米带在拉伸载荷作用下的力学响应。弹性性质的晶格对称性依赖，这符合Cauchy-Born规则的预测。在弹性限度的破坏过程中，观察到脆性和韧性同时发生的行为，分别在低温和高温下占主导地位。此外，有限宽薄带的自由边有助于激活键翻转事件和初始化延性行为。
2007-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Thermal control of graphene morphology: a signature of its intrinsic surface tension
通过路径积分模拟研究了自支撑石墨烯的表面张力$σ$随温度和面内应力的变化。即使施加的应力消失，由于弯曲振荡和膜的真实面积之间的耦合，膜显示有限的表面张力$σ$。$σ$的零点效应在100 K以下是显著的。热冷却驱动膜从平面到褶皱形态。加热后的变化是可逆的，并显示滞后，在最近的实验上进行的支持石墨烯。
2018-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nanomechanical properties of few-layer graphene membranes
我们已经测量了几层石墨烯和悬浮在圆孔上的石墨薄片的机械性能。用原子力显微镜测量了薄片的弹性常数的空间分布。通过对数据拟合连续模型来提取膜的弯曲刚度和张力。对于低至八个石墨烯层的薄片，两个参数都显示出强烈的厚度依赖性。我们预测这些纳米鼓的基本共振频率在GHz范围内的基础上测得的弯曲刚度和张力。
2008-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of the electron-electron correlation on phonon dispersions: failure of LDA and GGA functionals in graphene and graphite
我们使用各种从头算方法计算了石墨烯和石墨中选定声子模式的电子-声子耦合（EPC）。GW方法中包含的非局域交换相关效应使A $'_1$ { \bf K}模式的平方EPC相对于LDA和GGA近似中的密度泛函理论强重整化了近80 $%$。在GW中，A $'_1$ { \bf K}模式的声子斜率几乎是GGA和LDA中的两倍，与非弹性X射线散射和拉曼光谱的声子色散一致。混合B3 LYP泛函在{ \bf K}处高估EPC约30%。在Hartree-Fock近似下，石墨烯结构在{ \bf K}处的A $'_1$声子之后的畸变下显示不稳定性。
2008-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Properties of MoS2/Graphene Heterostructures
我们进行经典的分子动力学模拟，比较研究单层二硫化钼和石墨烯/二硫化钼/石墨烯异质结构在单轴拉伸下的力学性能。我们发现，二硫化钼和石墨烯之间的晶格失配将导致一个自发应变能的界面。MoS2的杨氏模量可以通过将其夹在两个石墨烯层之间而提高五倍。在刚度增强的同时，由于外部石墨烯层由于施加的机械张力而横向屈曲，MoS2的屈服应变降低。
2014-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Mechanically-tunable bandgap closing in 2D graphene phononic crystals
我们提出了一种可调声子晶体，它经历了从机械绝缘到机械透射（金属）的相变。具体而言，在我们的模拟的声子晶格双轴张力（$σ_{xx} =σ_{yy}$ = 0.01 N $/$ m），我们发现一个带隙的面外声子的范围为48.8 - 56.4 MHz，我们可以关闭增加张力单轴度（$σ_{xx} / σ_{yy}$）到1.7。为了操纵张力分布，我们设计了一个有限尺寸的现实设备，其中$σ_{xx} / σ_{yy}$通过向由悬浮石墨烯制成的声子晶体施加栅极电压来调谐。我们表明，相变可以通过声传输测量探测，声子带隙持续存在，即使在夹杂物表面污染物和随机张力变化存在于现实的设备。所提出的系统作为一个晶体管的声子与开/关比为$10^5$（100 dB抑制），因此是一个有价值的扩展声子逻辑应用。此外，这种对金属-绝缘体转变（mMIT）的机械模拟允许机械实体（例如机械量子位）之间的可调谐耦合。
2023-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Deformation and failure maps for PMMA in uniaxial tension
单轴拉伸试验是在玻璃化转变附近的温度范围内和超过二十年的应变速率下对聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等级进行的。变形映射构造杨氏模量，流动强度，和破坏应变作为温度的函数，选定的应变率。的玻璃态，玻璃化转变和橡胶态的制度被确定，和本构关系被校准的模量和流动强度在每个政权。
2019-07-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Failure Processes in Embedded Monolayer Graphene under Axial Compression
将剥离的单层石墨烯薄片嵌入聚合物基质中并在轴向压缩下加载。通过监测载荷下不同尺寸矩形薄片的二维拉曼声子的位移，确定了临界破坏应变。在加载之前，注意薄片的检查区域没有残余应力。发现第一次失效的临界应变值与薄片尺寸无关，平均值为-0.60%，对应于-6 GPa的屈服应力。通过将欧拉力学与温克勒方法相结合，我们表明，与空气中的屈曲不同，聚合物约束的存在导致石墨烯在固定的应变值下屈曲，估计皱纹波长为1-2 nm。这些结果进行了比较与DFT计算模拟晕苯/ PMMA低聚物，并获得了合理的协议。
2016-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Failure mechanism of monolayer graphene under hypervelocity impact of spherical projectile
石墨烯优异的机械性能使其成为冲击保护或保护屏蔽领域的有吸引力的候选者。通过考虑单层石墨烯膜，在这项工作中，我们评估了超高速撞击（从2到6公里/秒）下的变形机制，基于一系列的计算机研究。发现裂纹优先沿Z字形方向形成，这与拉伸变形时观察到的一致。具体地说，边界条件对冲击过程中的应力分布和传递有明显的影响，最终影响到穿透能和裂纹扩展。对于相似的样品尺寸，圆形石墨烯具有最好的抗冲击性，其次是六边形石墨烯膜。此外，还发现石墨烯膜的破坏形态与弹丸的初始动能有很强的关系。动能越大，裂纹数越多。这项研究提供了一个基本的理解单层石墨烯在冲击下的变形机制，这是至关重要的，以促进其新兴的未来应用的冲击保护，如航天器的轨道碎片的保护屏蔽。
2018-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Failure and Scaling of Graphene Nanocomposites
这项工作提出了聚合物/石墨烯纳米复合材料的结构强度的缩放的调查。为此，断裂试验的几何缩放单边缺口弯曲（SENB）试样与不同含量的石墨烯进行了研究的缩放纳米改性的影响。结果表明，虽然原始聚合物的强度根据线性弹性断裂力学（LEFM）缩放，但纳米复合材料的情况并非如此，即使是非常低的石墨烯含量。事实上，小样本表现出更明显的延展性与有限的缩放和显着偏离LEFM，而较大的标本表现在一个更脆的方式，缩放的名义强度接近一个预测的LEFM。由于断裂过程区（FPZ）的尺寸与试样尺寸相比很大，因此需要认真考虑这种行为。事实上，它表明，对于在这项工作中研究的试样尺寸，忽略FPZ的非线性效应可能会导致低估高达113%的断裂能，这种错误减少试样尺寸的增加。
2017-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Metamorphosis in Carbon Network: From Penta-Graphene to Biphenylene under Uniaxial Tension
碳的多晶性的力量通过碳基纳米材料的众多应用生动地体现出来。从环境问题到生物医学应用，它有可能解决当今许多可怕的问题。然而，在微观水平上理解碳同素异形体之间的转化机制对于其发展成为非常理想的材料至关重要。在这项工作中，我们报告这样的相变之间的两个碳同素异形体，从五石墨烯（半导体）到联苯（金属）单轴加载。使用密度泛函理论，我们证明了相变发生通过同步重组的碳原子的同时下降的能量。本工作的结果证实了penta-graphene是一种亚稳态结构。另一方面，对联苯的严格分析表明，它是一种能量、机械、动力学和热稳定的结构，无论是片状还是管状。它的电子结构表明它在这两种形式下都是金属。因此，这项工作揭示了二维碳系统中相变的可能性，从而设计出能够瞬间改变其性质的纳米材料。此外，在高温（5000 K）下加热亚联苯基片揭示了另一种相转变为更稳定的六方石墨烯样结构。这提出了热退火作为从另一个合成一个2-D碳同素异形体的可能方法。
2017-03-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Embedded trilayer graphene flakes under efficient tensile and compressive loading
嵌入ABA三层石墨烯片加载在聚合物梁上的拉伸和压缩的机械响应通过G或2D峰的应变灵敏度通过同时拉曼测量来监测。所研究的薄片的一个特性是它包含三层和双层部分。Bernal堆叠双层用作应变传感器，旨在评估通过剪切从聚合物基质到各个石墨烯层的负载转移的效率。对于处于拉伸状态的三层石墨烯，两个峰都发生了红移，并且首次报道了G峰的分裂。在压缩，所研究的样品是一个几乎孤立的三层，其中两个峰蓝移到一个临界压缩应变。发现该临界应变是在单层石墨烯的情况下发现的值的四分之一，尽管三层比薄得多的单层表现出更高的弯曲刚度。
2016-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Graphene and its elemental analogue: A molecular dynamics view of fracture phenomenon
石墨烯和一些类似石墨烯的二维材料;六方氮化硼（hBN）和硅具有独特的机械性能，这严重限制了用于普通脆性和韧性材料的传统理论预测这些材料的断裂响应的适用性。利用LAMMPS进行分子动力学模拟，揭示了石墨烯、六方氮化硼和硅烯纳米片在不同微裂纹长度下的断裂响应。这些大面积二维材料的有效强度由其断裂韧性决定。我们的研究对石墨烯的元素类似物的机械性能进行了比较分析，并表明hBN在机械性能方面可以成为石墨烯的良好替代品。我们还发现，预裂纹板以脆性方式破坏，其破坏是由裂纹尖端原子键的强度。断裂韧性的MD预测显示显着的差异与由格里菲斯的脆性破坏理论，限制了这些材料的纳米裂纹的情况下，格里菲斯的准则的适用性确定的断裂韧性。此外，在扶手椅和锯齿形方向上测量的这些材料的纳米片的强度暗示扶手椅方向上的键具有比锯齿形方向更强的抵抗裂纹扩展的能力。
2017-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards tunable graphene phononic crystals
该研究制备出悬浮石墨烯声子晶体，通过静电施加机械张力调控其声子能带结构，实验结合模拟证实平衡态28–33 MHz的带隙可在3.1 Nm⁻¹张力下上移9 MHz，推动可调谐声子学发展。
2023-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mechanochemical reaction in graphane under uniaxial tension
采用量子力学化学反应坐标模拟方法研究了氢功能化石墨烯的力学性能。模拟揭示了原子匹配的特点，伴随着身体发生的变形-失效-破裂过程。与等碳核（5，5）纳米石墨烯和纳米石墨烷片相关的变形特性的比较研究显示出两个主体的高刚度，其分别由相关的六边形单元（即苯型和环己烷型）提供。这两个单元的特征在于在拉伸下沿机械化学内坐标的微观行为的各向异性，当后者是沿（zg）或正常（ach）的C-C键链取向。单元特征与它们相对于体C-C键链的不同堆积构型相结合形成了Zg和ach变形模式不同的结构敏感力学行为的基础。石墨烯的氢化极大地影响了主体的行为和数值特性，使得石墨烯失效的三角形样图案不太明显，并将其从zg模式反转为ach模式，以及总的来说提供了更小的石墨烷机械阻力。
2011-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Suspended Monolayer Graphene under True Uniaxial Deformation
2D晶体，如石墨烯，表现出任何其他已知的人造或天然材料的更高强度和刚度。到目前为止，这一论断主要是基于建模预测和结合相关建模的弯曲实验。悬浮石墨烯的真正单轴加载不容易实现;然而，这样的实验对于评估石墨烯的固有性质而不受底层衬底的影响是至关重要的。在这项工作中，我们报告了石墨烯的单轴拉伸到0.8%左右的中等应变。这是通过将石墨烯薄片夹在两个聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）层之间，并通过用电子束光刻去除一部分PMMA来悬挂其中心部分而实现的。真正的单轴变形证实了由拉曼光谱测量的大声子位移与应变和横向屈曲的指示（类似于在张力下观察到的宏观薄膜）。最后，我们还报告了如何通过粘合剂夹具将应力转移到悬挂的试样上，并确定了在这样一个系统中有效轴向加载所需的界面剪应力值。
2016-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Stress intrepretation of graphene E-2g and A-1g vibrational modes: theoretical analysis
在这里，我们只关注一个石墨烯环，并研究石墨烯的E2 g和A1 g振动模式对应于哪个应力张量分量。这些模式通常分别与G峰和D峰相关，并且与沿试样的应力分布密切相关。我们采用Admal和Tadmor（[1]）的理论框架来定义Cauchy应力张量，并在这个框架中引入E2 g和A1 g作为适当的扰动。我们使用这些扰动的应力张量表达式和评估的应力张量分量与每个振动模式。这种方法虽然本质上是定性的，但它结合了所有主要的物理学，并揭示了当石墨烯静止时（即没有外部施加载荷），E2 g和A1 g振动模式应该与剪切和轴向应力分量有关。为了使我们的框架更接近于更具体的结果，我们评估了对应于静止时的E2 g和A1 g模式的对势的瞬时Hardy应力张量。我们的分析扩展到考虑到一个应用的外部拉伸场。假设扶手椅方向沿着x轴，当沿着扶手椅方向施加张力时，轴向$σ$ 11的应力分量比$σ$ 12、$σ$ 22占优势，后者具有较小的阶数。当张力沿着Z字形方向时，轴向$σ$ 22应力分量支配$σ$ 12、$σ$ 11。当张力处于扶手椅和Z字形方向之间的任意方向时，所有应力分量都具有相同的量级，即使在小应变下也应该全部考虑。
2017-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Role of defects and geometry in the strength of polycrystalline graphene
固体中的缺陷通常限制材料的机械性能。然而，最近的测量报告说，石墨烯的非常高的强度几乎保留了晶界的存在。我们澄清在这项工作中，晶格缺陷的晶界和扭曲的几何形状，从而诱导定义的机械性能，其特征在于在特定的加载条件下。原子模拟和理论分析表明，拉伸试验测量面内强度，这是由缺陷引起的应力积累，而纳米压痕探针的压头尖端下的局部强度，并承担额外的几何效应从翘曲。这些发现阐明了石墨烯在实际载荷条件下的失效机制，并评估了上述技术在量化石墨烯强度方面的可行性，并表明低维材料的机械性能可以通过植入缺陷和它们导致的几何变形来调节。
2014-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Properties Of Fluctuating Elastic Membranes Under Uni-Axial Tension
原子级薄片，如石墨烯，广泛用于纳米技术。最近，它们也被用于包括kirigami和自折叠折纸在内的应用中，在这些应用中，了解它们如何响应外部负载变得非常重要。基于此，我们采用自洽屏蔽分析方法和分子动力学模拟研究了各向同性薄板对单轴拉伸的响应。以前，它表明，对于自由悬挂的片材热波动有效地重新归一化弹性常数，这成为规模依赖于超过一个特征的热长度尺度（几纳米的石墨烯在室温下），超过该弯曲刚度增加，而在平面弹性常数减少与普适幂律指数。对于单向拉伸的薄板$σ_{11}$，我们发现，在应力依赖的长度尺度之外，有效的面内弹性常数变得各向异性很强，并且沿单轴应力轴和正交于单轴应力轴的方向上的尺度不同，而弯曲刚度在应力依赖的长度尺度之外不会表现出任何反常行为.此外，对于中等张力，我们发现一个普遍的非线性应力应变关系。对于大的单轴张力，裸弹性材料的杨氏模量恢复。
2022-09-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A new multiscale modeling approach to unravel the influence of interlayer sp3 bonds on the nonlinear large-deformation and fracture behaviors of 2D carbon nanostructures under tension
Ludong University（鲁东大学）
本文提出了一种多尺度建模方法，用于研究二维碳纳米结构在拉伸下的非线性大变形和断裂行为，揭示层间sp3键对其性能的影响。
2025-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Interatomic Potential Choice on Fracture Modes of Graphene with Parallel Cracks
Pukyong National University（釜庆国立大学）；Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；Universidade Estadual de Campinas（坎皮纳斯州立大学）
研究原子间势能对含平行裂纹石墨烯断裂模式的影响，发现AIREBO势能预测峰值应力更低，导致能量吸收减少，凸显势能选择的重要性。
2026-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Curvature dependent surface energy for free standing monolayer graphene: geometrical and material linearization with closed form solutions
独立石墨烯单层的连续体建模被视为二维2晶格，需要指定作为辅助变量的移位向量的分量。场方程是支配位移矢量的方程，还有动量和动量矩方程。为了引入材料的线性能量，假设应变张量、曲率张量、位移矢量以及它们的组合具有二次依赖性。因此，六角对称将独立材料常数的总数减少到9个。我们对一系列几何和材料线性情况下难度越来越大的问题进行了简单载荷历史（例如轴向、双向拉/压和简单剪切）的分析。我们只从平面内运动的问题开始。通过规定位移，计算移位向量的分量。这样，场方程就很容易满足了。面外运动也被处理;我们假设导致屈曲/屈曲的面内拉伸/压缩，并求解位移矢量的分量以及屈曲建模中存在的函数。这里采用的线性假设简化了分析，有利于分析结果。
2018-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Scattering by flexural phonons in suspended graphene under back gate induced strain
我们研究了掺杂悬浮石墨烯中电子的离面（弯曲）声子散射及其对电荷输运的影响。在自由站立的情况下（没有应变）的弯曲分支显示二次色散关系，这成为线性在长波长下，当样品处于张力下，由于旋转对称性破缺。在非应变的情况下，弯曲声子的散射是电子迁移率的主要限制。当考虑高于$\bar{u}=10^{-4} n(10^{12}\,\text{cm}^{-2})$的应变时，该图发生了显著变化。在这里，我们特别研究背栅诱导应变的情况下，并将我们的理论研究结果应用到最近的实验中悬浮石墨烯。
2012-09-13 cond-mat.mtrl-sci
A general framework for decomposing the phase field fracture driving force, particularised to a Drucker-Prager failure surface
由于其计算的鲁棒性和通用性，相场断裂模型已成为预测各种开裂现象的首选工具。然而，在其传统的形式，其内在的拉-压对称性损伤演化阻止其应用到脆性和准脆性固体，如混凝土或岩石材料的压缩破坏的建模。在这项工作中，我们提出了一个一般的方法来分解相场断裂驱动力，应变能量密度，从而重现不对称的拉伸-压缩断裂行为。提出的广义方法是particularised线弹性固体的情况下，Drucker-Prager破坏准则。所提出的模型捕捉脆性材料的压缩破坏的能力是通过数值实现所产生的应变能分裂配方和解决四个案例研究特别感兴趣。首先，深入了解该模型在预测剪切载荷下的摩擦和剪切效应的能力。其次，进行虚拟直剪试验以评估不同压力水平下的断裂预测。第三，对混凝土圆柱体进行了单轴和三轴压缩试验，研究了约束效应的影响。最后，局部破坏的土质边坡的预测和结果进行了比较与其他制剂的应变能分解在文献中提出的。结果提供了一个很好的定性协议与实验观察，并证明相场断裂方法的能力，预测裂纹的成核和增长下的多轴向载荷的材料表现出不对称的拉伸-压缩断裂行为。
2022-08-22 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
Suppression of anharmonicities in crystalline membranes by external strain
在实践中，物理膜由于其放置的环境而暴露于一定量的外部应变（拉伸或压缩）。结果，膜的声子模式的行为被修改。我们表明，在刚性的二维膜的非谐效应是高度抑制张力的应用下。为此，我们考虑了自洽屏蔽近似（SCSA）中弯曲模和伸缩模之间的非谐耦合，并将SCSA中得到的高度-高度关联函数与相应的谐波传播子进行了比较.弹性理论的结果进行比较原子蒙特卡罗模拟的石墨烯膜在张力下。我们发现，虽然需要相当高的应变值来避免软膜中的非谐性，但小于1%的应变场足以抑制刚性膜中的所有非谐效应，如石墨烯。
2011-05-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Femtomolar detection of the heart failure biomarker NT-proBNP in artificial saliva using an immersible liquid-gated aptasensor with reduced graphene oxide
针对唾液中NT-proBNP浓度极低难以检测的问题，研究团队开发了基于还原氧化石墨烯液栅场效应管的无标记适体传感器，实现了人工唾液中飞摩尔级的心力衰竭生物标志物高灵敏检测。
2023-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electronic Strengthening of Graphene by Charge Doping
石墨烯被认为是自然界中最强的2D材料，但我们表明，电子或空穴的适度电荷掺杂可以进一步提高其理想强度高达~ 17%，基于第一性原理计算。这种不寻常的电子增强，相对于传统的结构增强，材料的强度是通过一个有趣的物理机制的电荷掺杂抵消应变引起的增强科恩异常，这导致区域边界K1声子模式的整体硬化，在应变下的软化是石墨烯失效的原因。由于石墨烯的狄拉克点周围的高电子-空穴对称性，电子和空穴以相同的方式工作，而过度掺杂可能通过软化其他声子模式来削弱石墨烯。我们的发现揭示了石墨烯的另一个迷人的特性，在石墨烯基机电设备中具有广泛的意义。
2012-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational stability of graphene under combined shear and axial strains
利用密度泛函微扰理论研究了石墨烯在剪切应变和单轴拉伸应变联合作用下的振动特性。剪切应变总是导致具有应变依赖方向和波长的波纹不稳定性;扶手椅应变与这种不稳定性形成对比，使石墨烯在大范围的组合应变中保持稳定。基于膜弹性理论的补充描述很好地阐明了剪切引起的不稳定性和单轴拉伸的竞争。我们还报道了大的应变引起的G光学声子线分裂分量的位移，这可能是一个剪切诊断。至于电子特性，我们发现，圆锥形的交叉点移动远离布里渊区边界下的应变，他们往往合并在大应变，使开放的差距难以评估。通过详细的搜索，我们发现，即使在大应变，只有小的差距在几十个meV范围内开放的前狄拉克点。
2015-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Low-temperature, dry transfer-printing of a patterned graphene monolayer
石墨烯最近作为电子和光子器件中的柔性透明电极或活性层的材料引起了很大的兴趣。然而，由于在暴露于高温或湿法工艺时降解的材料的顶部上获得图案化的石墨烯单层的困难，这种基于石墨烯的装置的实现受到限制。我们展示了一种低温，干燥的过程，能够转印到目标基板上使用弹性体邮票的铜箔上生长的图案化的石墨烯单层。实现这一点的一个挑战是在由聚（二甲基硅氧烷）制成的疏水印模上获得高质量的石墨烯层，这通过对常规湿转移方法引入两个关键的修改来克服-使用由Au组成的支撑层和降低液浴的表面张力。使用这种技术，石墨烯单层的图案转印在聚（3，4-亚乙基二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐和MoO3上，当暴露于水性或侵蚀性图案化过程时，这两者都容易降解。我们讨论了这种技术的应用范围，这是目前有限的低聚物污染物，和可能的手段，以扩大它消除污染问题。
2015-07-20 cond-mat.mtrl-sci
A simple microscopic model for the dynamics of adhesive failure
基于动态载荷下键断裂的思想，我们考虑了一个软胶粘剂拉伸失效的微观模型。专注于在恒定速度下加载的粘合剂失效，我们表明，应力对应变的双峰曲线可能会发生由于有限的聚合物链或键长的影响，并在此条件下观察到这种双峰行为的加载条件。这种分析的结果是在定性协议与无约束的粘合剂，其中失败不会发生气蚀的实验。
2005-12-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Non-Eulerian behavior of graphitic materials under compression
从纳米到宏观尺度的厚度范围内，石墨材料的力学行为受到具有范德华力的弱层间结合的极大影响。在这里，我们提出了一个全面的研究层厚度的影响的压缩行为的石墨材料，如石墨烯完全嵌入在聚合物基体。采用拉曼光谱法对石墨试样的临界应变进行了实验研究。最令人惊讶的发现是，相反的，将从欧拉力学的预期，临界压缩应变失效的薄片厚度的增加而减少。这是由于材料的分层结构，特别是将层保持在一起的弱cohesion内聚力。对于多层石墨烯的情况，板现象学被打破，多层石墨烯可以被接近为彼此弱结合的离散单层。这种行为是模拟这里考虑层间键合（范德华力）作为弹簧串联，发现理论和实验之间非常好的协议。最后，它将被证明，在故障后制度多层石墨烯表现出负刚度，从而表现为机械超材料。
2019-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Band gap opening by two-dimensional manifestation of Peierls instability in graphene
使用具有高对称性畸变或缺陷的石墨烯的第一性原理计算，我们研究了石墨烯中由手征对称性破坏或谷间混合引起的带隙开放，并显示了理解局部成键和反键杂化的带隙开放的直观画面。我们发现蜂窝晶格中由手征对称性破缺引起的能隙开放是一维线性晶格中Peierls金属-绝缘体转变的二维理想扩展。我们发现，自发凯库勒变形，2D版本的Peierls变形，发生在双轴应变石墨烯，导致结构故障。我们还表明，在石墨烯antidot和扶手椅型纳米带，这通常被归因于量子限制效应的间隙开放，可以理解与手征对称性破缺。
2011-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Architectured Chain Lattices with Tailorable Energy Absorption in Tension
本文介绍了链格，一个层次的桁架结构，包括两个相互贯穿的晶格。一种晶格使材料变韧并防止灾难性的局部失效，而另一种晶格用作多孔基质，其在拉伸载荷期间致密化以吸收能量。链格适用于增材制造，可以将通常易碎且对材料敏感的3D打印材料转化为耐损伤材料。计算预测陶瓷链晶格可以具有比其完全致密的对应物大几个数量级的特定能量吸收。
2020-08-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Experimentally derived axial stress- strain relations for two-dimensional materials such as monolayer graphene
这里提出了一种方法，用于通过所有石墨材料中存在的2D拉曼峰的移位来推导单层石墨烯在拉伸和压缩下的真实实验轴向应力-应变曲线。这种方法背后的原理是观察到，对于不同类型的PAN基纤维，作为应变的函数的2D波数的偏移是它们的杨氏模量的线性函数，因此，2D拉曼峰在轴向应力上的偏移的对应值实际上是常数。通过跨越长度尺度移动，我们表明该值在纳米级也是有效的，因为它对应于存在于PAN基纤维和单层石墨烯中的石墨烯的平面呼吸模式。因此，2D拉曼峰的位移值可以容易地转换为线性弹性区域中的应力值，而无需借助于建模或需要求助于繁琐的实验程序来获得传递到材料的轴向力和二维膜的横截面积。
2016-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Marine mussel plaque-inspired super soft, ductile and tough lattices
受贻贝斑块软泡沫启发，本文提出超软、延展且坚韧的弹性体点阵结构，通过实验与数值模拟揭示其断裂能对体积分数敏感并关联桁架失效与节点失效两种模式，为轻质耐损伤超材料设计提供基础。
2024-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring mechanically-tunable strain fields in graphene
有许多基于石墨烯和其他二维材料的应变工程的理论建议，然而，这些系统中应变场的纯机械控制仍然是一个重大挑战。这两种方法大多使用到目前为止，要么耦合的电气和机械性能的系统，同时或引入一些不必要的干扰，由于基板。在这里，我们报告硅微机械梳状驱动致动器可控和可重复地诱导应变在一个悬浮的石墨烯片，在一个完全机械的方式。我们使用空间分辨共焦拉曼光谱来量化诱导的应变，我们表明，不同的应变场可以通过工程的夹紧几何形状，包括高达1.4%/ $μ$ m的可调应变梯度。我们的方法还允许多轴应变，并且同样适用于其他二维材料，为研究其机械和机电性能打开了大门。我们的测量还清楚地识别出石墨烯片边缘的缺陷，这些缺陷是导致其机械故障的弱点。
2017-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Wrinkling hierarchy in constrained thin sheets from suspended graphene to curtains
我们表明，边界约束下的薄片自发地产生一个普遍的自相似层次的皱纹。从简单的几何参数和能量缩放，我们开发了一个形式主义的基础上，在合并的两个皱纹的过渡区，作为积木的全球格局。相反的情况下，皱纸的弹性能集中，这种过渡被描述为顺利与最近的数值计算工作。从石墨烯片的数百nm到普通窗帘的米，这种形式主义都得到了验证，这表明了我们描述的普遍性。最后，我们描述了一个外部张力的皱纹的分布的影响。
2011-04-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft nlin.AO
Graphenes flakes under controlled biaxial deformation
薄膜，例如单原子厚度的单层石墨烯，在单轴拉伸载荷下必然会表现出横向屈曲，这会损害其机械行为。在这项工作中，我们已经开发出一种实验装置，使2D材料在支撑梁上受到受控的等双轴应变，这些支撑梁可以向上或向下弯曲，使材料分别受到压缩或拉伸。使用应变片串联拉曼光谱测量，我们监测G和二维声子性能的石墨烯双轴应变，从而提取重要的信息，在这些条件下的应力吸收。对于单层和双层石墨烯，G和2D拉曼峰的实验位移分别在62.3 \pm 5 cm ^-1/%和148.2 \pm 6 cm ^-1/%的范围内。G和2D峰的相应Gruneisen参数分别在1.97 \pm 0.15和2.86 \pm 0.12之间。这些值与小应变气泡型实验获得的值相当吻合。经典和从头计算分子动力学模拟也证实了上述结果，并观察到了与应变和Gruneisen参数非常一致的Γ-E2g位移.
2016-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Strain shielding from mechanically-activated covalent bond formation in nanoindentation
理想晶体的机械失效由弹性不稳定性或软模不稳定性决定。我们表明，石墨烯的纳米压痕实验\cite{lee2008measurement, lee2013high}的基础上，理想的强度测量，但是，表明一个异常：推断的应变下的金刚石压头在故障负载是非常大的断裂应变预测的软模式分析或声学分析。在这里，我们提出了一个系统的调查-基于多尺度建模相结合的连续，原子和量子计算的结果;和实验分析-确定负责断裂应变之间的异常差异的操作机制。我们认为，由于机械活化的共价键形成在石墨烯压头接口的应变屏蔽效应是负责这种异常。使用有限元分析（FEA）和MD模拟的纳米压痕实验，我们明确地表明，在石墨烯压头界面的键合相互作用基本上分散（屏蔽）压头下的应变，防止应变的加剧。我们的计算表明，应变屏蔽的程度取决于在压头表面的氢覆盖率，并在最佳的氢覆盖率，应变屏蔽效应可以延迟实验观察到的压痕载荷和深度的断裂的发生。
2014-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced dendrite nucleation and Li-clustering at vacancies on graphene
本文研究石墨烯表面锂团簇形成机制，发现无缺陷表面因Li2和Li3团簇热力学不稳定而抑制成核，而空位显著促进团簇化，从而揭示了电镀型生长与枝晶成核两种锂生长模式的微观起源。
2023-10-31 cond-mat.mtrl-sci
On the Origins of Tension--Compression Asymmetry in Crystals and Implications for Cyclic Behavior
大多数晶体材料在交变方向上受到机械载荷时，其变形曲线上都表现出滞后现象。这种包辛格效应是存在于原子尺度上的机制的标志，并控制材料的损坏和最终的失效。在这里，位错动力学的三维模拟和微观结构演化的统计分析揭示了两个原始的基本机制。位错网络结中的不对称性所产生的应力驱动的曲率和部分可逆性的塑料雪崩给出了一个解释FCC单晶中观察到的牵引压缩不对称性。这些机制，然后连接在一个物理上合理的方式使用位错密度为基础的理论，以更大规模的表示。包辛格效应和应变硬化在循环变形过程中，在不同的材料，并在一个范围内的加载方向和不同的塑性应变振幅的参数的预测被发现是非常符合实验。这项工作为解释实验和设计结构部件以巩固其在循环载荷下的使用寿命带来了宝贵的机械见解。
2020-12-31 cond-mat.mtrl-sci
