2021年6月4
由新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)和美国莱斯大学(Rice University)领导的一组科学家发现了六方氮化硼(h-BN)非凡韧性的关键。氢氮化硼能承受的力是石墨烯的十倍，而石墨烯被认为是地球上最坚硬的材料之一。亚博网站下载
h-BN是一种二维材料，只有一个原子的厚度。它在20世纪40年代首次用于化妆品，但由于价格高，很快就被抛弃了，在技术使其生产成本更低后，它在90年代末又卷土重来。
今天，几乎所有领先的化妆品生产商都在使用它，因为它能够吸收多余的面部皮脂，均匀地分散色素，并作为2D电子产品的保护层，因为它能绝缘，能承受高达1000°C的温度。
南洋理工大学和莱斯大学的科学家们表示，他们对这种化合物独特特性的新理解，将为设计新型柔性电子材料铺平道路。亚博网站下载
当科学家检查暴露在压力下的h-BN时，他们发现材料上的任何断裂都像路的分叉，而不是直接穿过材料(见图3)，这意味着当进一步施加压力时，h-BN的断裂不太可能增加。
领导这项研究的南洋理工大学机械与航天工程学院的著名教授高华健教授在详细阐述了他们的研究结果的重要性时说:“我们的实验表明，氢氮bn是迄今为止测量到的最坚硬的纳米材料。这项工作之所以令人兴奋，是因为它揭示了这种材料内在的增韧机制——这种材料应该很脆，因为它只有一个原子厚。这是出乎意料的，因为纳米材料的强度和脆性之间往往存在权衡。”亚博网站下载
这项最新的研究突破是高教授在应用力学领域的又一成就。他最近被美国机械工程师协会(ASME)[1]授予了著名的2021年Timoshenko奖章，以表彰他在工程和生物系统的纳米力学方面的开创性贡献，这是固体力学、材料科学和生物物理学的一个新的研究领域。亚博网站下载亚博老虎机网登录
莱斯大学材料科学与纳米工程系的娄军教授也领导了这项研究，他说:亚博网站下载亚博老虎机网登录“在现实世界中，没有一种材料是没有缺陷的，这就是为什么理解断裂韧性(或抗裂纹扩展)在工程中如此重要的原因。它描述了现实世界的材料在失败前能承受多大的惩罚。”
这项研究发表在顶级科学杂志上自然6月。
揭开氢氮bn坚韧背后的秘密
经过1000个小时的实验室实验和计算机模拟，科学家们追踪到了石墨烯和氢氮bn的化学成分之间巨大的断裂韧性。
h-BN和石墨烯都像蜂巢一样排列成相互连接的六边形(见图3)。然而，石墨烯中的六边形仅由碳原子组成，而h-BN中的每个六边形结构由三个氮原子和三个硼原子组成。
这种成分上的差异导致了氢氮化硼中移动的裂纹偏离其路径，而这种分叉或转向的倾向意味着需要更多的能量才能使裂纹进一步深入。相比之下，石墨烯更容易破裂，因为裂缝会像拉链一样直接穿过材料。
研究人员说，h-BN惊人的韧性使其成为制造抗撕裂的柔性电子产品的理想选择，如可穿戴医疗设备和可折叠智能手机。它还可以用于增强由二维(2D)材料制成的电子产品，这种材料往往很脆。亚博网站下载
除了它的柔韧性，氢氮化硼的耐热性和化学稳定性使它可以作为支撑基和电子元件之间的绝缘层，使它有别于其他传统的电子材料。亚博网站下载
在阐述研究的未来应用时，高教授说:“我们的发现也指出了一种新的途径，通过在设计中添加结构不对称来生产坚韧的材料。亚博网站下载这将降低材料在极端压力下破裂的可能性，而这种情况可能会导致设备失效并导致亚博网站下载灾难性后果。”
卢教授补充说:“像h-BN这样基于材料的2D电子产品的利基领域是柔性电子设备。除了电子纺织品等应用，2D电子设备足够薄，可以用于电子纹身和可直接连接到大脑的植入物等更奇特的应用。”
科学家们正在利用他们的发现探索新的方法，为机械和电子制造制造更坚硬的材料。亚博网站下载
来源:https://www.ntu.edu.sg/index