[發明專利]一種表征二維材料極限剪切應力各向異性的方法

有效

• 申請號: 201910058127.1
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109633211B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 鄭學軍;李敏;彭金峰;趙為;張歡;徐武
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: G01Q60/24
• 分類號: G01Q60/24;G01Q30/20
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 顏勇

1.一種表征二維材料極限剪切應力各向異性的方法，其特征在于：根據Johnson-Kendall-Roberts(JKR)彈性接觸理論和界面摩擦理論建立表征二維材料極限剪切應力的理論模型；利用原子力顯微鏡(AFM)摩擦力模塊和黏附力模塊得到不同相對轉動角度下樣品的摩擦信號和平均粘附力，摩擦信號轉化成摩擦力，得到不同轉動角度下對應的摩擦力，將計算結果代入理論模型，得到不同轉動角度下樣品的極限剪切應力，再對得到的極限剪切應力數據進行定向擬合，得到極限剪切應力定向擬合公式，進而實現二維材料極限剪切應力各向異性的表征；

具體包括如下步驟：

步驟一：用鑷子將很薄的二維材料粘在膠帶上，反復折疊多次使膠帶上的二維材料不斷變薄且均勻，把硅基底放在粘有二維材料的膠帶中間，緩慢把膠帶和硅基底撫平，十分鐘后，緩慢撕開膠帶，得到機械剝離的二維材料樣品；

步驟二：將樣品放置在原子力顯微鏡(AFM)的樣品臺上，并施加垂直載荷，對樣品進行掃描，并測量樣品表面選定區域各點的摩擦力F_f和平均黏附力F_ad，水平轉動樣品臺，得到不同轉動角度下對應的摩擦力和平均黏附力，并代入下述理論模型中，得到不同轉動角度下樣品的極限剪切應力：

其中：摩擦力F_f、平均黏附力F_ad由AFM測出，F_n為AFM的設定值，曲面等效半徑R為AFM探針的半徑，E^*為樣品的彈性模量；

步驟三：對得到的極限剪切應力進行定向擬合，得到極限剪切應力與相對轉動角度的關系式：

τ_i(θ)＝τ₁+(τ₂-τ₁)×|sinθ| (2)

其中：τ₁為實驗測得的極限剪切應力最小值，τ₂為實驗測得的極限剪切應力最大值，θ為相對轉動角度。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述二維材料為石墨烯納米片或二硫化鉬納米片。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：掃描區域的面積小于等于5μm×5μm。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：選定區域位于樣品的邊界處，且面積為200nm×200nm。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：測量過程在超凈間完成，溫度為20-25℃，濕度為40-60％。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：在AFM摩擦力模塊下，對樣品表面選定區域進行掃描，對該區域內256×256個點高斯統計均值得到摩擦電信號U_f，摩擦力F_f大小經過摩擦力標定系數α和摩擦信號U_f來計算，其公式為:

F_f＝U_f×α (3)。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：AFM粘附力模塊下，對樣品表面選定區域進行掃描，測得該區域內1024個點黏附力，再經過高斯統計得到平均黏附力F_ad。

8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：轉動角度為0°、20°、35°、60°、90°、120°、150°、185°。

9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：將計算得到的極限剪切應力，采用origin繪制成等高圖。