資料的疲憊損壞沒有顯著的征兆，研討疲憊行為對評價資料可靠性至關(guān)重要。而二維資料是否會表現(xiàn)出疲憊現(xiàn)象、損害機制是什么均不清楚。本文發(fā)現(xiàn)在均勻應(yīng)力為71 GPa，應(yīng)力改變規(guī)模為5.6 GPa下，疲憊壽數(shù)能夠超越10^9周次，這種應(yīng)力水平至少比高強度鋼和航空航天鋁合金的微觀疲憊試驗高出一個數(shù)量級。

一般，資料在遠低于抗拉強度的循環(huán)載荷效果下會發(fā)生機械疲憊，因此研討疲憊行為對評價處于長時刻動力載荷下的資料可靠性至關(guān)重要。現(xiàn)在二維資料(2D)的疲憊壽數(shù)和損害機理尚不清楚。近日，加拿大多倫多大學(xué)的研討者對獨立式(freestanding) 二維資料，特別是石墨烯和氧化石墨烯(GO)進行了疲憊研討。使用原子力顯微鏡研討發(fā)現(xiàn)，當均勻應(yīng)力為71 GPa，應(yīng)力改變規(guī)模在5.6 GPa時，單層和多層石墨烯的疲憊壽數(shù)超越10^9循環(huán)周次，比迄今為止報導(dǎo)的任何資料都要高。

疲憊損壞特點

突然性：開裂時并無顯著的微觀塑性變形，開裂前沒有顯著的預(yù)兆，而是突然地損壞；
低應(yīng)力：疲憊損壞在循環(huán)應(yīng)力的最大值，遠低于資料的抗拉強度或屈服強度的情況下就能夠發(fā)生；
重復(fù)載荷：疲憊損壞是屢次重復(fù)載荷效果下發(fā)生的損壞，它是較長時刻的交變應(yīng)力效果的結(jié)果，疲憊損壞往往要經(jīng)歷一定時刻，與靜載下的一次損壞不同；
缺點靈敏：疲憊對缺點（例如缺口、裂紋及組織缺點）十分靈敏，因為疲憊損壞是從部分開端的，所以它對缺點具有高度的選擇性；

疲憊斷口：疲憊損壞能清楚地顯現(xiàn)出裂紋的發(fā)生、擴展和最后開裂三個組成部份。
二維資料(2D)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于機械和電子范疇，這些范疇中資料常受循環(huán)應(yīng)力的影響。但是，在這些原子級薄膜資料是否會表現(xiàn)出疲憊現(xiàn)象還不清楚。假如出現(xiàn)疲憊，又會衍生出以下問題：疲憊壽數(shù)是多少？潛在的損害機制是什么？雖然對石墨烯等2D資料的固有疲憊行為缺少了解，但微觀研討現(xiàn)已證明，即便只添加少數(shù)(<1wt%)石墨烯，也能將聚合物基復(fù)合資料的疲憊壽數(shù)進步約——1-2個數(shù)量級。

研討者借用原子力顯微鏡對石墨烯和氧化石墨烯進行疲憊研討。石墨烯的疲憊曲線(圖2a)顯現(xiàn)，當Fdc從——80%削減到——50%時，疲憊壽數(shù)顯著進步，從10^5個循環(huán)增加到10^9循環(huán)周次以上。關(guān)于直徑為2.5μm的石墨烯，根據(jù)非線性有限元分析，其均勻應(yīng)力為71 GPa，在50%的靜態(tài)開裂力和5nm的頂級振幅下應(yīng)力改變規(guī)模為5.6 GPa。在如此高的均勻應(yīng)力和應(yīng)力幅值下，還沒有其他資料的疲憊壽數(shù)能夠超越10^9個循環(huán)。這種應(yīng)力水平至少比高強度鋼和航空航天鋁合金的微觀疲憊試驗高出一個數(shù)量級。超薄(亞微米)金屬薄膜(如銅或金)的疲憊壽數(shù)對厚度和晶粒尺度有很強的依賴性，但其抗疲憊功能均低于石墨烯。其他碳多晶型，如石墨和化學(xué)氣相堆積(CVD)鉆石，也被證明別離能在超越10^9和10^7循環(huán)周次存活，但其應(yīng)力水均勻小于1 GPa。

研討還發(fā)現(xiàn)，單層石墨烯的疲憊失效是大規(guī)模驟變的，并沒有損害累積；分子動力學(xué)模仿顯現(xiàn)，這是經(jīng)過缺點附近應(yīng)力介導(dǎo)的鍵重構(gòu)完成的。相反，氧化石墨烯中的官能團具有部分疲憊損害累積機制。

1、2D資料的疲憊性測驗

2、石墨烯的疲憊

3、氧化石墨烯的疲憊

4、疲憊開裂形態(tài)。

5、石墨烯和氧化石墨烯的MD疲憊模仿。

本研討不僅為石墨烯納米復(fù)合資料的疲憊增強行為供給了基礎(chǔ)研討，也為其他二維資料的動態(tài)可靠性評價供給了新起點。石墨烯與氧化石墨烯之間的力學(xué)差異表明，功能化是調(diào)整疲憊行為的潛在途徑。這種疲憊測驗方法也能夠應(yīng)用于其他廣泛應(yīng)用于各種柔性電子應(yīng)用的二維資料。