城大首次展现石墨烯弹性拉伸和「真实」强度

香港城市大学（城大）机械工程学系副教授陆洋博士领导的研究团队开发崭新方法，测试并发现单层石墨烯的「真实」力学性能。这项全球首次的发现，将有助推动石墨烯在不同领域的应用，如柔性手机触摸屏。

陆博士的研究成果在国际著名科学期刊《自然通讯》发表，论文题为「独立式单层石墨烯的弹性拉伸」。2020年2月21日的《科学》期刊也在「编辑精选」中推荐了这篇论文。

石墨烯属于一种二维碳材料，是已知最强韧的物料，并具有高导电和高导热特性，因此被视为「超级材料」，应用范围广泛，例如电晶体、生物感测器和电池。

构造上，石墨烯是只有一个碳原子厚度的单层，故科学家难以探究它的真实机械性能，如弹性极限和抗拉强度。此前的研究，仅涵盖石墨烯的局部压痕实验和理论计算之理想极限。

陆博士说：「并没有人曾真正拉伸一片独立的单层石墨烯，及测试其拉伸机械性能。」单层石墨烯样本悬放于测试平台上。陆博士多年来致力研究不同纳米物料的机械性能，其团队研发出新方法，将大面积石墨烯转移到独特的测试平台上，在扫描电子显微镜下作原位拉伸测试，观测石墨烯拉伸和成形的变化。

陆博士说：「研究的最大困难之一，是如何把非常轻和薄的单层石墨烯样本完整转移到独立式测试平台上，并在拉伸时保持力度平均。」

实验结果显示，通过化学气相沉积得到的单层石墨烯的抗拉强度达50至60千兆帕，弹性应变接近6%，杨氏模数（一般称为弹性模数）则为920千兆帕，相当接近于理论值的约1000千兆帕。千兆帕是压力计量单位。

陆博士说：「这个研究花了约四年时间，我们在实验过程克服了很多困难，展现石墨烯在应用中所能达到的真实性能。」

石墨烯的拉伸力配合其强韧特性，可应用在柔性电子器件上，例如制造出更坚韧的电晶体、有机发光二极体及其他机械零件等；亦可用于制作复合材料、生物医学研究、航空及国防范畴。

陆博士感谢城大为团队提供一流科研设施，如城大深圳研究院纳米制造实验室、超金刚石及先进薄膜研究中心、先进结构材料研究中心。城大一直鼓励跨学科合作，对他的研究也大有帮助。他说：「这次实验结合力学、材料科学、化学和物理学，城大云集这些领域的优秀人才。」

研究团队成员包括城大机械工程学系博士生曹可、韩英，化学系助理教授李淑惠博士，以及来自清华大学及西安电子科技大学的专家学者。