[发明专利]一种测量二维纳米材料弯曲刚度的方法

权利要求书

1.一种测量二维纳米材料弯曲刚度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将二维纳米材料转移到具有圆孔阵列的基底材料表面，覆盖在基底材料的圆孔上形成密闭环境，形成待测样品系统；

(2)将步骤(1)所述待测样品系统进行鼓泡实验，形成鼓泡，得到鼓泡内外压力差△p；

(3)对步骤(2)形成鼓泡的二维纳米材料进行受力分析，对于球帽形状的鼓泡，采用薄膜理论求解，对于鼓包形状的鼓泡，采用非线性板理论求解，结合待测二维纳米材料的泊松比ν，得出所述材料的弹性模量E和弯曲刚度D。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述基底材料为刚性基底和/或柔性基底；

优选地，所述刚性基底包括硅片、金属片、蓝宝石或玻璃片中任意一种；

优选地，所述硅片表面覆盖二氧化硅；

优选地，所述玻璃片包括石英玻璃片、普通玻璃片或ITO导电玻璃中任意一种。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述柔性基底包括高分子材料；

优选地，所述高分子材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、光固化树脂、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷或聚苯乙烯中任意一种。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述具有圆孔阵列的基底材料是通过在基底材料上加工不同孔径和不同深度的圆孔形成的；

优选地，所述圆孔的加工直径为0.5～10μm，优选为1～5μm；

优选地，所述圆孔的加工深度为50～300nm，优选为100～150nm；

优选地，所述圆孔阵列中各圆孔的孔间距为1～15μm，优选为3～10μm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述二维纳米材料为片层状材料；

优选地，步骤(1)所述二维纳米材料包括石墨烯、六方氮化硼、黑磷、硅烯、过渡金属硫族化合物、二维Janus材料或MXenes材料中任意一种；

优选地，过渡金属硫族化合物包括过渡金属硫化物、过渡金属硒化物或过渡金属碲化物中任意一种；

优选地，所述过渡金属硫族化合物包括二硫化钼、二硫化钨、二碲化钼或二硒化钨中任意一种；

优选地，步骤(1)所述二维纳米材料的厚度为1.8～50nm，优选为1.8～20nm；

优选地，步骤(1)所述二维纳米材料通过微机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法或湿法化学中任意一种制备到具有圆孔阵列的基底材料上；

优选地，步骤(1)所述转移的方式为湿法转移和/或干法转移。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述鼓泡实验通过微孔鼓泡装置进行；

优选地，步骤(2)所述鼓泡实验包括以下步骤：

(a)将步骤(1)所述待测样品系统置于高压釜内，向釜内通入气体至釜内达到目标压力并维持一段时间；

(b)打开步骤(a)所述高压釜，取出待测样品，覆盖于圆孔处的二维纳米材料向上鼓起，形成鼓泡；

(c)对步骤(b)所述鼓泡进行原子力显微镜表征并计算，得到鼓泡内外压力差△p。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(a)所述高压釜加载的压力为0.10～1.00MPa；

优选地，步骤(a)所述气体通过增压泵通入高压釜中；

优选地，步骤(a)所述气体包括氮气、氢气、二氧化碳或惰性气体中任意一种；

优选地，所述惰性气体包括氩气、氦气或氖气中任意一种。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，步骤(a)所述维持一段时间为：至待测样品的圆孔内压力与高压釜内压力达到平衡，优选为3～7天，进一步优选为5天。

9.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，通过步骤(c)所述原子力显微镜表征，得到鼓泡中心点高度h和鼓泡半径a，计算得到鼓泡内外压力差△p；

优选地，通过步骤(c)所述原子力显微镜表征，得到二维纳米材料的厚度t。

10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将二维纳米材料转移到具有圆孔阵列的基底材料表面，覆盖在基底材料的圆孔上形成密闭环境，形成待测样品系统，其中，所述具有圆孔阵列的基底材料是通过在基底材料上加工不同孔径和不同深度的圆孔形成的，所述圆孔的加工直径为0.5～10μm，加工深度为50～300nm，所述圆孔阵列中各圆孔的孔间距为1～15μm；

(2)将步骤(1)所述待测样品系统置于高压釜内，向釜内通入氮气、氢气、二氧化碳或惰性气体中任意一种至釜内压力达到0.10～1.00MPa，并维持至待测样品的圆孔内压力与高压釜内压力达到平衡，取出待测样品，覆盖于圆孔处的二维纳米材料向上鼓起，形成鼓泡，用原子力显微镜进行表征，得到二维纳米材料的厚度t、鼓泡中心点高度h和鼓泡半径a，计算得到鼓泡内外压力差△p；

(3)对步骤(2)形成鼓泡的二维纳米材料进行受力分析，对于球帽形状的鼓泡，采用薄膜理论求解，对于鼓包形状的鼓泡，采用非线性板理论求解，结合待测二维纳米材料的泊松比ν，得出所述材料的弹性模量E和弯曲刚度D。