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同济曹国鑫课题组在二维材料力学性能表征方面的研究取得重要进展
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近日,我校航空航天与力学学院曹国鑫教授在《Progress in Materials Science上发表了题为Mechanical properties characterization of two-dimensional materials via nanoindentation experiments的长篇综述文章【Progress in Materials Science 103558-5952019)】,全面介绍和评述了通过压痕方法测试二维材料力学性能的研究现状,并展望其未来研究发展方向。Progress in Materials Science是国际材料科学研究领域的顶级综述性期刊,在材料学界具有重要影响,该期刊2017-2018年的影响因子为23.75,五年影响因子为33.19CiteScore30.87

 

鉴于二维材料重要的电学、热学、光学和力学性能和相关应用,目前其相关研究在全世界范围内掀起了高潮。但二维材料纳米级厚度为其力学性能的有效测量带来了巨大的挑战,目前尚无法通过常规方法测量,而只能基于压痕测试方法。该综述文章针对“二维材料力学性能压痕测试”这个关键科学问题,全面系统地总结了近年来国内外在理论方法和实验技术上的研究现状和进展,详细分析评述了影响二维材料力学性能准确测量的关键问题,主要包括边界条件,范德华相互作用,二维材料的几何尺度、缺陷和材料非线性等,并重点介绍了曹国鑫教授本人所在的课题组在二维材料压痕测试领域中,针对上述难题开展的一系列深入研究工作。文章最后还展望了二维材料力学性能压痕测试的未来发展方向。

目前,随着以二维材料为代表的低维材料的快速发展,作为物理学、材料学和力学的前沿交叉方向,低维材料力学已经逐渐成为国际力学界研究热点。曹国鑫课题组长期从事低维材料力学性能的研究,在该领域取得了许多突破性成果。他们通过实验、理论、计算均发现,基于连续介质薄膜建立的压痕分析模型不能有效描述二维材料的压痕响应,指出这是目前影响准确获取二维材料力学性能的关键,然后为上述难题提出了两个解决方案:一方面建立适用于二维材料的压痕分析模型,另一方面改进现有压痕实验测试设计,使之更接近传统压痕分析模型。课题组在二维材料压痕测试领域的研究成果已经发表SCI 论文近20 篇,得到国内外同行的广泛关注。

此次论文工作是曹国鑫教授在与国际知名力学家美国布朗大学高华健教授合作的基础上完成的。曹国鑫为第一作者和通讯作者,高华健为共同通讯作者,同济大学为第一通讯单位。上述研究工作得到了科技部国家重大研究计划的支持。该论文的链接为:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642519300258