Самостоятельная работа №2 по предмету «Электротехнические материалы» на тему: "Графит" студент группы 88-21 еее махсудов Данияр

Механические свойства
Графен выделяют в отдельный вид материала отчасти благодаря его выдающимся механическим свойствам. Они также позволяют ему брать на себя роль усиливающего компонента или агента в композитных материалах. Разнообразие и высокий уровень механических свойств графена вызваны стабильностью sp²-связей, которые образуют гексагональную решетку и противостоят различным деформациям в плоскости. Благодаря sp²-гибридизации однослойный графен очень прочен, и ему требуется 48 000 кН · м · кг ^-1 удельной прочности. Именно это делает графен универсальной добавкой к легким полимерам и усилителем их механических свойств.
Жесткость
Когда ученые впервые измерили механические свойства отдельно стоящего монослойного графена с помощью наноиндентирования в АСМ, установили, что графен, по их словам, «самый прочный из когда-либо измеренных материалов». Авторы использовали реакцию на смещение от графеновых мембран, чтобы получить как упругие свойства, так и разрушающее напряжение графена. Кривые силы и перемещения оказались нечувствительными к радиусу наконечника, в то время как сила разрушения в основном зависела от радиуса наконечника и не зависела от размера мембраны. Максимальное напряжение было получено с использованием уравнения: σm2D=FE2D4πR1/2где E ^2D - упругая жесткость второго порядка, R - радиус острия, F - приложенная сила. Однако прочность на разрыв 55 Н ^· м ^-1 , рассчитанная по этому уравнению, не может считаться точной, поскольку эта модель игнорирует нелинейную упругость. После серии численного моделирования была установлена ​​связь между разрывной силой и упругой постоянной третьего порядка. Разрывная сила, полученная экспериментально и при моделировании, была практически идентична, а экспериментальное значение упругой жесткости второго порядка было равно E ^2D = 340 ± 50 Н ^· м ^-1.. Это значение соответствует модулю Юнга E = 1,0 ± 0,1 ТПа, предполагая эффективную толщину 0,335 нм.
Сила
Еще одно выдающееся свойство графена - это его внутренняя сила. Благодаря плотности углеродных связей длиной 0,142 нм, графен является самым прочным материалом из когда-либо обнаруженных, с пределом прочности на растяжение 130000000000 паскалей (или 130 гигапаскалей). Причина прочности графена заключается в особенностях его межатомных связей, поскольку углерод является самым легким из элементов, имеющих четыре валентных электрона. В графене 4-ый свободный электрон позволяет усиливать 3 основные связи в кристаллической решетке, в результате расстояние между соседними атомами становится ничтожно мало. Если сравнивать с алмазом, то в данном случае графен и его превосходит (0,14 нм против 0,15 нм соответственно).

Рисунок 7. (a) Характерные кривые напряжения-деформации для нанокомпозитов PU/D- графена и (b) значения модуля Юнга для нанокомпозитов.