亲爱的Ting,
感谢领导一个很好的和及时的讨论,突出了原位纳米力学的前沿。您在二维材料方面的合作工作以及朱教授领导的工作代表了该领域一些令人兴奋的领域。特别是,量化纳米结构中小群体(甚至单一)缺陷的作用的重要性已经受到越来越多的关注,有趣的是,注意到一些材料受到预先存在的缺陷的显著影响,而另一些材料似乎具有强大的缺陷容错性。我认为,发展一些预测能力来决定,一种先天的,内在的损伤容忍度,是一个令人兴奋的追求。这个主题很好地融入了当前iMechanica期刊主题离散位错动力学,由El-Awady教授领导。
为了继续你和Yong在该领域开始的新的实验发展,我想强调几个简洁的例子:
In reply to very interesting topic
.In reply to It is a valuable
Bin,谢谢你指出你的MD工作。事实上,二维材料的断裂可以受到加载模式的影响。本文主要研究I型断裂。其他研究小组研究了石墨烯的撕裂。但在实验中很难对石墨烯等原子薄片的撕裂过程进行定量控制。
嗨Ting,
谢谢你提出这个非常有趣的话题。你的例子很好地展示了原位纳米力学测试和原子模拟之间协同作用的力量。我对纳米结构内部缺陷的重要性有一个评论
(例如,直径<的
晶体纳米线;100 nm),除了自由表面。许多原子
模拟都集中在半导体
和金属纳米线的表面效应上,由于
表面体积比的增加,这当然是至关重要的。更重要的是,纳米线(包括通常被认为无缺陷的自下而上
合成的纳米线)含有不同的
类型的内部缺陷。例如,我们最近对SiC
纳米线的研究表明,纳米线内部存在高密度孪晶和堆叠错误
(“碳化硅的机械性能
纳米线:尺寸依赖缺陷密度的影响”,纳米快报14,
754, 2014)。这些缺陷对
裂纹的萌生和扩展有重要影响。同样重要的是表面
缺陷。我希望更多的原子模拟能够研究纳米结构中的这些
缺陷。
As experimentalists we like to advance nanomechanical testing methods. One question is what types of testing capabilities you would like to
have from the simulation perspective. For instance, we recently
developed temperature control capability on top of a MEMS nanomechanical
testing platform (“A microelectromechanical system for thermomechanical
testing of nanostructures ", Applied Physics Letters 103, 263114, 2013).
Another recent work is from Dan Gianola’s group at UPenn ("Temperature
controlled tensile testing of individual nanowires”, Review of
Scientific Instruments, 85, 013901, 2014). What other testing
capabilities would you like to see?
Yong
In reply to Re:石墨烯断裂韧性
这是Zhu教授和Lou教授对石墨烯韧性的一个有价值的实验测量!
Kc曾被认为与针尖周围的应力状态有关,~ 2.63-3.38 nN Å−3/2,见我们的预测//m.limpotrade.com/node/13272万博manbetx平台,
see http://apl.aip.org/resource/1/applab/v101/i12/p121915_s1
亲爱的Rui,
谢谢你的评论。你的论文写得很好。实际上,Gc的MD预测比实验测量低30%左右。本文讨论了导致这种差异的因素,如裂纹钝化、裂纹取向、多晶组织、缺陷、晶格俘获等。未来需要更系统的研究来确定最重要的因素。
Ting
亲爱的Ting:
感谢有趣的主题!我很高兴看到你最近在石墨烯断裂韧性方面的工作,展示了线性弹性断裂力学的鲁棒性,直至原子层。我可以想象实验有多么具有挑战性。尽管数据有限,但强有力的证据表明石墨烯在室温下是脆的。得到的韧性值(~16 J/m^2)比硅玻璃脆性断裂的典型值(~4 J/m^2)大得多,但与石墨烯的边缘能一致。如果你能比较一下石墨烯的预测边缘能量,我会更高兴(见表一:石墨烯纳米带自由边缘的多余能量和变形,物理评论B 81,155410,2010)。DFT和MD计算的边缘能量预测值约为10-15 eV/nm,而你得到的值约为17 eV/nm。在我看来,考虑到具有挑战性的测量,这很好!
敬礼,
RH
Roy,
感谢您对我们的工作感兴趣。
预裂石墨烯的断裂可以用线弹性断裂力学很好地表征。因此,裂纹尖端钝化对断裂韧性的影响较小。图4f通过原子模拟研究了钝化效应。
石墨烯原子薄层明显处于平面应力条件下。测量的石墨烯断裂韧性代表其平面应力值。在线弹性断裂力学中,平面应变与平面应力变形对断裂韧性的影响可以通过有效弹性模量来表征。我们一直在努力提高原子薄石墨烯原位纳米力学测试的定量准确性。目前,虽然应力-应变曲线仍存在一些变化,但测量的断裂应力总体上是一致的,可重复的。
Ting
Ting:
感谢您的开拓性工作!我有一些
的问题需要你宝贵的讨论:
1)测量到的断裂韧性比我
预期的要小得多(如此脆)。我就知道你的尖头有多锋利了。如果裂纹尖端在数学上不
,我们就不能得到材料的恒定断裂韧性。你能告诉我你的裂纹(或缺口)尖端的半径吗?FIB可能不会产生非常
尖锐的裂纹尖端。
2)断裂韧性
测量的平面应变条件。此时应力状态为平面应力,测量值
将高于固有断裂韧性。
3)在图3中,您的应力-应变曲线
不是很线性,两条曲线的斜率不同,这意味着您的系统柔度
每次都不一样。其他三条曲线呢? Of course, you use the maximum
stress value for your fracture toughness measurement. However, repeatable
experiments are important too.
Roy
亲爱的Yong,
谢谢你的刺激评论。
我完全同意内部缺陷可以在纳米结构的力学响应中发挥与表面缺陷同样重要的作用。这种内部缺陷可以在变形过程中预先存在或形成。除了你对SiC的研究,来自Greer和Gao团队的参考文献8通过原位实验和MD模拟展示了内部缺陷(即高密度的孪生边界)如何影响Cu纳米柱的力学性能的一个很好的例子。作为一名建模者,尽管面临技术挑战,但近年来快速发展的纳米力学测试能力给我留下了深刻的印象。你的小组、Gianola的小组和其他人的温度控制测试,结合应变率控制测试,将使令人兴奋的变形动力学和相关强度-延性的研究成为可能。在未来,我希望看到新的测试功能,例如环境控制(例如湿度)、多场耦合(例如电气测量)和复杂负载(例如扭转)。
Ting