[發明專利]一種二維納米材料彎曲剛度及其與基底之間界面粘附能的測試方法

有效

• 申請號: 202110042197.5
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112798822B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 王文祥;馬小杰;劉璐琪;張忠;魏悅廣
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心;北京大學
• 主分類號: G01Q60/24
• 分類號: G01Q60/24
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供一種二維納米材料彎曲剛度及其與基底之間界面粘附能的測試方法，包括：將二維納米材料粘附在第一基底表面，轉移所述二維納米材料到第二基底表面，得到納米液泡；根據形函數對所述納米液泡進行形態分析，得到所述形函數中的待定參數值；根據所述形函數中的待定參數值，結合力學模型對所述納米液泡進行分析，得到所述二維納米材料的彎曲剛度；結合界面粘附能模型進行分析，得到所述二維納米材料與基底之間的界面粘附能。所述測試方法樣品制備過程簡單、測試速度快，對不同材料具有很強的適用性，為二維納米材料彎曲剛度及其與基底之間界面粘附能的測量提供了一種新方法，豐富了材料力學的研究體系。

技術領域

本發明屬于材料檢測技術領域，具體涉及一種二維納米材料彎曲剛度及其與基底之間界面粘附能的測試方法。

背景技術

二維(2D)納米材料由于其優異的電學、光學、力學和化學特性而廣泛應用于場效應晶體管、超薄光電探測器、透明導電薄膜和納米復合材料等領域。此外，將不同的2D納米材料堆疊形成異質結表現出新穎的物理現象。例如，由于氮化硼具有原子級光滑的表面、沒有懸空鍵和電荷陷阱，因此六方氮化硼襯底上的石墨烯器件相比于二氧化硅上的具有更高的遷移率和載流子不均勻性。石墨烯氮化硼異質結還存在莫爾超晶格結構，導致霍夫施塔特蝴蝶圖案的出現。

在最近的研究中，有許多實驗結果表明二維納米材料的光電和物理性質不僅與材料的本征特性有關，而且與它們的面外變形密切相關；例如，偽磁場的產生、帶隙的調控和二維納米材料半導體-金屬的轉變都可以通過調控二維納米材料的應變來實現，因此，彎曲剛度作為描述面外變形的關鍵力學參數，對二維納米材料實際應用中的物性調控至關重要。二維納米材料由于具有原子級厚度，面臨樣品夾持這一技術難題，其力學參數的測量相比于傳統實驗力學更具挑戰性。

最近的研究工作中，Wang等采用微孔鼓泡法測試了二維納米材料的彎曲剛度(“Bending of multilayer van der Waals materials.”,Wang,G.等,Physical ReviewLetters,2019,123(11),116101.)。但是微孔鼓泡法測彎曲剛度，要提前使用反應離子束蝕刻技術(RIE)刻蝕SiO₂基底；并且鼓泡過程中氣體加壓時間較長(長達5～7天)。而通過折疊或彎曲法測二維納米材料彎曲剛度時則面臨二維納米材料在折疊或彎曲時形態表征的難題(“Bending stiffness and interlayer shear modulus of few-layer graphene.”,Chen,X.等,Applied Physics Letters,2015,106(10):101907.、“Ultrasoft slip-mediated bending in few-layer graphene.”,Han,E.等,Nature materials,2020,19(3):305-309.)，并且需要事先知曉所述二維納米材料與基底之間的界面粘附能。

二維納米材料電子器件的性能除了與材料自身的彎曲剛度有關，而且很大程度上依賴于二維納米材料與基底之間的界面黏附能。因此，開發一種簡單易行、普適性高的二維納米材料彎曲剛度和界面黏附能的測試方法，是本領域急切需要解決的問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種二維納米材料彎曲剛度和界面粘附能的測試方法，所述測試方法通過對二維納米材料轉移過程中形成的普遍存在的納米液泡進行形貌分析，并且建立所述納米液泡的形函數、力學方程和界面粘附能方程，通過分析所述形函數、力學方程和界面粘附能方程，得到所述二維納米材料的彎曲剛度及其與基底之間的界面粘附能；所述測試方法簡單易行，普適性高，具有重要研究意義。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種二維納米材料彎曲剛度及其與基底之間界面粘附能的測試方法，所述測試方法包括如下步驟：

(1)將二維納米材料粘附在第一基底表面，轉移所述二維納米材料到第二基底表面，得到納米液泡；