多伦多大学Tobin Filleter课题组--范德华相互作用引起的石墨烯疲劳

石墨烯通常通过弱范德华(vdW)相互作用与其他材料接触。特别令人感兴趣的是石墨烯-聚合物界面，该界面在包括柔性电子产品和多功能涂料在内的各种应用中不断受到动态负载的影响。通过原位循环载荷，我们直接观察到了石墨烯-聚合物界面的界面疲劳扩展，发现该界面满足修正的Paris定律。此外，通过结合平面内剪切和平面外撕裂机制，通过vdW接触产生的周期性载荷甚至能够导致原始石墨烯的疲劳断裂。剪切断裂主要发生在循环载荷引起的褶皱连接处，并平行于载荷方向传播。进行断裂力学分析，发现了循环加载过程中石墨烯异乎寻常的自撕裂行为动力学。这项工作为石墨烯和石墨烯-聚合物界面的动态可靠性提供了机械上的见解，这将有助于石墨烯基结构的持久设计。

Fig. 1. 循环加载下界面损伤区的扩展。

Fig. 2. 石墨烯的混合模式疲劳断裂和损伤。

Fig. 3. 在褶皱处的平面内剪切疲劳断裂。

Fig. 4. 通过撕裂导致疲劳断裂。

相关研究成果于2020年由由多伦多大学Tobin Filleter课题组，发表在Science Advances (DOI: 10.1126/sciadv.abb1335)上。原文：Graphene fatigue through van der Waals interactions。