近年來，二維材料備受關(guān)注。2010年，安德烈·吉姆和康斯坦丁·諾沃索洛夫因研究二維純碳材料石墨烯而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，由此開啟了諸如硅、鍺等元素的二維材料制造和材料特性表征。哈特曼表示，一些二維材料的電子特性相當(dāng)驚奇，如材料內(nèi)的電子移動(dòng)遵循相對(duì)論原理，而傳統(tǒng)三維材料基本不是這樣，在制造電子元件方面，這是一個(gè)有趣的優(yōu)勢(shì)。另外，二維材料的力學(xué)性能也是獨(dú)一無二的，相對(duì)其厚度，顯示出的力學(xué)穩(wěn)定性比三維材料大得多。
目前已知的材料特性都是基于材料的三維結(jié)構(gòu)，而最薄的材料只有一個(gè)原子厚度，其二維力學(xué)性能完全不同于三維材料特性。為了獲取和處理二維材料，迄今為止都是以三維材料薄膜形式替代。
2013年，歐盟投入10億歐元研究經(jīng)費(fèi)，將石墨烯列為旗艦項(xiàng)目，以進(jìn)一步挖掘二維材料的潛力。然而，由于石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)，現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)條件對(duì)石墨烯進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試的難度仍然很大，主要原因一方面是高質(zhì)量石墨烯材料的制備較為困難，另外，可有效使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備甚少，且載荷與變形量的測(cè)量精度不易保證。目前只有原子力顯微鏡（AFM）納米壓痕實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以有效使用，但仍須借助理論分析才能得到有效的材料力學(xué)性能參數(shù)。
納米壓痕的結(jié)果具有一定的分散性，壓頭尺寸 、形狀 、位置以及材料本身的一些形貌特征對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)帶來較大的影響，需要進(jìn)行大量試驗(yàn)，采用多點(diǎn)測(cè)試，統(tǒng)計(jì)分析的方法才能獲得有意義的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此，目前關(guān)于這些二維新材料力學(xué)性質(zhì)的許多信息都來自模擬計(jì)算。
近日，德國薩爾州大學(xué)物理學(xué)家烏韋·哈特曼和萊布尼茨新材料研究所的研究人員合作，通過掃描隧道顯微鏡測(cè)量石墨烯力學(xué)性能，首次能夠表征原子級(jí)薄膜材料的二維力學(xué)性能。相關(guān)結(jié)果刊登在專業(yè)雜志《納米尺度》上。
哈特曼表示，二維材料一直只能作為三維材料表面上的薄膜來看待，而整個(gè)系統(tǒng)的性質(zhì)不可避免地還是由三維材料來決定。不過，在最新研究中，他們首次直接測(cè)量出了原子級(jí)薄碳改性二維材料的力學(xué)性能。這使得模擬計(jì)算的數(shù)據(jù)可以直接與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。此外，膜的晶格的各種缺陷對(duì)其力學(xué)性能的影響也將能夠測(cè)量。（顧鋼）
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