我国学者在二维材料结构强度领域取得研究进展

图 利用PTP装置实现单层二维Ti₃C₂T_x纳米片的原位拉伸测试

　　在国家自然科学基金项目（批准号：52321002、52105145、52275149）等资助下，华东理工大学轩福贞教授、张博威研究员、闫亚宾教授、朱明亮教授等在《自然·通讯》（Nature Communications）上发表了题为“二维单层Ti₃C₂T_x 的弹性性能及拉伸强度（Elastic Properties and Tensile Strength of 2D Ti₃C₂T_x MXene Monolayers）”的研究论文，在线报道了该课题组在二维Ti₃C₂T_x基材料结构强度领域的研究进展，提出了一种可靠、直接、定量的方法，解决了单层二维Ti₃C₂T_x纳米片（厚度0.98 nm）的力学性能测量难题，为广义的原子尺度纳米力学测试提供了解决方案。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-45657-6。

　　二维过渡金属碳化物（MXenes）是一类新兴的二维层状材料，因其优异的金属导电性、亲水性、分散稳定性和柔韧性而受到广泛关注。其中最具代表性的Ti₃C₂T_x，促进了包括柔性电子、传感器、储能器件、航空航天和微/纳机电设备的研究。然而，在实际应用中Ti₃C₂T_x易受到机械应力影响，掌握其力学性能对Ti₃C₂T_x基结构设计及器件可靠性提升至关重要，现有诸如纳米压痕技术会产生高度不均匀的应力和应变场，且测试结果的准确性难以保证。如何在二维原子尺度测量均匀加载条件下的力学性能仍是重要科学难题。

　　为解决上述问题，该团队以二维Ti₃C₂T_x为例，通过精准控制聚焦离子束切割和改进干转移技术，将单层Ti₃C₂T_x纳米片两端固定在纳米力学测试平台“Push-To-Pull”（PTP）上进行原位拉伸，保证了加载过程中在二维原子尺度下单轴方向应力应变场的均匀性，实现了单层Ti₃C₂T_x的弹性模量及拉伸强度等性能的准确测定，实验测量值与理论预测值高度统一。