Skör fraktur:
2D-material är vanligtvis spröda, vilket innebär att de spricker utan betydande plastisk deformation. När ett 2D-material utsätts för påfrestningar bryts bindningarna mellan atomerna abrupt, vilket leder till sprickbildning och snabb fortplantning. Denna spröda fraktur uppstår längs specifika kristallografiska riktningar, kända som klyvningsplan, där den interatomära bindningen är relativt svag.
Peeling eller delaminering:
På grund av sin skiktade struktur kan 2D-material genomgå en process som kallas peeling eller delaminering, där enskilda lager separeras från varandra. Detta inträffar vanligtvis när van der Waals-krafterna mellan skikten är svagare än de kovalenta bindningarna i planet inom varje skikt. Peeling kan initieras av mekanisk stress, termiska fluktuationer eller interkalering av främmande atomer eller molekyler mellan lagren.
Kantdefekter och dislokationer:
Ofullkomligheter i atomstrukturen, såsom kantdefekter och dislokationer, kan fungera som kärnbildningsställen för sprickor i 2D-material. Dessa defekter stör det regelbundna arrangemanget av atomer och försvagar materialets strukturella integritet. När stress appliceras kan sprickor spridas från dessa defekter, vilket leder till fel.
Rollen för substratinteraktioner:
Egenskaperna hos 2D-material kan påverkas avsevärt av deras interaktioner med substratet på vilket de odlas eller deponeras. Stark vidhäftning mellan 2D-materialet och substratet kan hindra sprickutbredning, vilket gör materialet mer motståndskraftigt mot brott. Omvänt kan svaga interaktioner främja delaminering och spröd fraktur.
Temperatur och miljöeffekter:
Temperatur- och miljöförhållanden kan också påverka brottbeteendet hos 2D-material. Förhöjda temperaturer kan mjuka upp materialets struktur och underlätta plastisk deformation, vilket gör det mindre benäget att bli spröda frakturer. Exponering för vissa kemikalier eller gaser kan försvaga de interatomära bindningarna och påskynda spricktillväxten.
Sammanfattningsvis går 2D-material sönder på atomnivå genom spröd fraktur, delaminering och spridning av sprickor från defekter. Att förstå dessa felmekanismer är avgörande för att designa och optimera 2D-material för olika applikationer, såsom elektronik, nanokompositer och energilagringssystem. Genom att kontrollera defekter, substratinteraktioner och miljöförhållanden kan de mekaniska egenskaperna hos 2D-material skräddarsys för specifika krav.
