四虎在线,亚洲中文字幕无码天然素人,高潮失禁喷水颤抖哭叫

研究背景

隨著對二維過渡金屬碳化物和氮化物（MXenes）的不斷研究，這些材料因其卓越的金屬導電性、親水性、分散穩定性和柔韌性而引起了廣泛關注。MXenes是一類新興的二維層狀材料，自2011年Yury等人首次發現第一種MXene（Ti₃C₂Tx）以來，其物理和化學性質的獨特組合促使了廣泛的研究，涉及柔性電子學、超級電容器、催化、傳感器、航空航天以及微/納電機械設備等多個領域。然而，由于MXenes在實際應用中可能受到拉伸、彎曲和扭轉等力學應力的影響，這可能導致性能的降低。為了更好地理解和優化MXenes的力學性能，科學家們開始關注對其進行力學性質研究。在過去的研究中，對多層Ti₃C₂Tx薄膜進行了實驗研究，發現其抗拉強度可達670 MPa。然而，這些多層Ti₃C₂Tx的實驗結果明顯低于理論預測值20 GPa，這被歸因于多層2D片層之間相互作用的相對較弱。由于MXenes的特殊結構，單層Ti₃C₂Tx納米片的力學性質變得尤為重要。然而，由于其納米尺度的厚度，傳統的原子力顯微鏡（AFM）納米壓痕法存在一些限制，如產生不均勻的應力和應變場，難以準確測量單層Ti₃C₂Tx的力學性質。

成果簡介

為了實現這一目標，華東理工大學閆亞賓教授、張博威教授以及軒福貞教授等人聯合在Nature Communications刊發題為“Elastic properties and tensile strength of 2D Ti₃C₂Tx MXene monolayers”的研究論文。本研究旨在通過單軸拉伸試驗，直接在2D材料平面上進行均勻加載，以解決單層Ti₃C₂Tx納米片力學性質測量的難題。通過精密控制的離子束聚焦（FIB）切割技術和改進的干法轉移技術，研究團隊成功制備了高質量大尺寸的單層Ti₃C₂Tx納米片，并將其固定到“推-拉”（PTP）納米力學測試平臺上，進行了原位拉伸實驗。通過實驗測量，成功獲得了單層Ti₃C₂Tx納米片的楊氏模量和抗拉強度數據。

為了驗證實驗結果，研究團隊還進行了分子動力學模擬（MD）理論建模計算。這項研究為通過機械剝離生產的其他二維材料提供了有效的納米力學測試策略，并為需要特殊力學性能的材料，如Ti₃C₂Tx基柔性電子器件，提供了實用的指導。

圖文導讀

為了在原位納米機械測試中成功地將單層Ti₃C₂Tx納米片轉移到PTP裝置上，研究者開發了一種獨特的干法轉移方法。該方法是從先前的方法進行了修改的。具體來說，準備好的單層Ti₃C₂Tx懸浮液滴在一個沒有碳膜的400目銅網上，并進行真空干燥。單層納米片附著在銅網的邊緣上，這極大地促進了后續的轉移過程。然后，納米片的一側通過電子束沉積的鉑粘在機械探針上，另外三側的納米片則通過聚焦離子束（FIB）切割進行移動。得到的納米片被轉移到PTP微器件中間的2.5μm拉伸區域。由于其單層性質，懸浮在納米機械裝置上的Ti₃C₂Tx納米片幾乎是透明的。通過FIB切割，操作器和Ti₃C₂Tx納米片被切割并分離。

這一過程的意義在于，它克服了將單層Ti₃C₂Tx納米片轉移到納米機械測試平臺上的困難，為后續的原位納米力學測試奠定了基礎。通過這種干法轉移方法，研究者們成功地將Ti₃C₂Tx納米片固定在了PTP微器件上，為后續的力學性能測試提供了可靠的樣品。

圖1. Ti₃C₂Tx 單層的示意圖和 SEM 圖像傳遞過程

圖2呈現了其制備和特征化的關鍵步驟。在SEM圖像（圖2a）中，單層Ti₃C₂Tx納米片的兩端通過電子束沉積的Pt固定在PTP納米機械裝置上，而納米片的懸浮部分則通過FIB銑削成適用于拉伸測試的形狀和尺寸。圖中通過紅色箭頭指示了實驗中施加在半球形壓頭上的推力。在圖2b中展示了經過FIB銑削后的單層Ti₃C₂Tx納米片的SEM圖像。該納米片的寬度和長度分別為5μm和2.5μm，橙色箭頭指示了樣品的拉伸方向。圖2c通過像差校正掃描透射電子顯微鏡（AC-STEM）展示了懸浮Ti₃C₂Tx納米片在機械測試后的斷裂邊緣橫截面。

這一步驟驗證了單層Ti₃C₂Tx的厚度。實驗中使用的Ti₃C₂Tx納米片的性質也通過XRD、XPS、EDX和元素映射等手段進行了確認。圖2d顯示了Ti₃C₂Tx納米片的TEM圖像和相應的SAED圖案，證實了其高質量的晶體性質和六角碳化物結構。這些性質的確認為后續的力學性能測試提供了基礎。

圖2.?Ti₃C₂Tx 單層的實驗步驟和表征

圖3展示了對單層Ti₃C₂Tx納米片的拉伸斷裂和性能比較。通過SEM快照（圖3a、b），作者觀察到在拉伸測試前后，單層Ti₃C₂Tx納米片的最大工程應變可達3.6%。拉伸斷口形貌顯示了典型的脆性斷裂（圖3c），而對應的載荷-位移曲線揭示了拉伸過程中的關鍵階段（圖3d）。曲線的斜率在不同階段提供了有關樣品和納米機械裝置的固有剛度、樣品拉伸和拉斷階段的總剛度的信息。通過精確計算，研究者得出了單層Ti₃C₂Tx納米片的實際拉伸剛度和2D彈性模量分別約為947.7 N/m和473.9 N/m。在單軸應力假設下，通過有限元方法建立的模型計算得出3D彈性模量約為484 GPa。

研究中進行了多次拉伸實驗，但由于納米片操作的困難和單層Ti₃C₂Tx的脆弱性，只有五次實驗成功。通過對比實驗測量和理論值，研究者發現實測的單層Ti₃C₂Tx納米片的有效彈性模量接近于理論模擬值，遠高于以往使用納米壓痕方法得到的數值。與其他單層2D材料相比，Ti₃C₂Tx MXene表現出較高的彈性模量，使其成為微/納電機械器件和復合材料中的有力選擇。

圖3. Ti₃C₂Tx 納米片的拉伸斷裂和性能比較

研究者進行了圖4的分子動力學（MD）模擬，旨在驗證邊緣缺陷對單層Ti₃C₂Tx納米片斷裂強度的影響。在模擬過程中，他們建立了三種不同類型的邊緣缺陷，并展示了樣品的寬度尺度依賴性（見圖4a）。Ti₃C₂Tx的原子結構呈六邊形排列，具有“扶手椅”和“之字形”的固有材料取向。他們模擬了三種不同寬度尺度的單層Ti₃C₂Tx納米片的拉伸實驗，分別將兩端固定，得到了十八個斷裂強度結果（見圖4b）。這些模擬結果為進一步理解Ti₃C₂Tx納米片的力學性能提供了重要參考，有助于揭示其在微納尺度下的力學行為及其應用前景。

圖4. 不同寬度尺度 Ti₃C₂Tx 單層在可能由 FIB 引起的邊緣缺陷下的斷裂強度的 MD 模擬

總結展望

總之，作者成功地利用PTP納米機械裝置在掃描電子顯微鏡（SEM）中實現了單層Ti₃C₂Tx納米片的原位機械拉伸測試。與AFM納米壓痕測試的橫向局部化測試相比，PTP裝置可以在平面內實現樣品的均勻拉伸，并且可以可靠地測量單層Ti₃C₂Tx的機械性能。單層Ti₃C₂Tx的彈性模量為483.5 ± 13.2 GPa，接近理論預測值502 GPa。單層Ti₃C₂Tx納米片表現出脆性斷裂，平均彈性應變約為3.2%，為Ti₃C₂Tx在彈性應變工程中的應用提供了機會。

此外，實驗測得的有效斷裂強度為15.4 ± 1.92 GPa，與理想值18.4 GPa之間的差異歸因于樣品邊緣原子級缺陷，隨著樣品寬度尺度的增加，這種差異逐漸減小。通過分子動力學模擬量化了邊緣缺陷對斷裂強度的影響，通過調節單層Ti₃C₂Tx納米片的邊緣狀態，可以提高工程斷裂強度。

文獻信息

Rong, C., Su, T., Li, Z. et al. Elastic properties and tensile strength of 2D Ti₃C₂Tx MXene monolayers. Nat Commun 15, 1566 (2024). 10.1038/s41467-024-45657-6

原創文章，作者：Gloria，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/03/09/c5cde056dc/

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

華東理工大學，最新Nature子刊！

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

華東理工大學，最新Nature子刊！

相關推薦