新型2D碳材料比石墨烯更坚固，抗开裂

研究人员发现，二维碳材料比石墨烯更坚硬，并且能够抵抗开裂——即使是压力下最强的开裂，这也是材料科学家长期以来一直在努力解决的问题。例如，石墨烯等碳衍生材料是地球上最强的材料之一，但一旦形成，裂纹就会迅速传播，使其容易突然断裂

然而，一种名为单层无定形碳（MAC）的新型碳材料既坚固又坚韧。事实上，根据莱斯大学科学家和合作者发表在《物质》杂志上的一项新研究，MAC——最近由新加坡国立大学（NUS）的BarbarosÖglielmaz小组合成——比石墨烯硬八倍

与石墨烯一样，MAC也是一种2D或单原子厚度的材料。但与原子排列成有序（晶体）六方晶格的石墨烯不同，MAC是一种结合了晶体和非晶区域的复合材料。正是这种复合结构赋予了MAC特有的韧性，这表明复合设计方法可能是一种使2D材料不那么脆的有效方法

该研究的第一作者、材料科学和纳米工程研究生Bongki Shin说：“这种独特的设计可以防止裂纹轻易传播，使材料在断裂前吸收更多的能量。”

这对2D材料来说是个好消息，它使多个领域的变革性创新成为可能，从更快、更高效的电子产品到高容量储能、先进的传感器和可穿戴技术。为了能够进一步利用它们的非凡性能，材料科学家必须应对它们的脆性，这迄今为止限制了它们在现实世界中的应用

为了使二维纳米材料更坚固，人们可以在薄膜中添加增强纳米结构——一种在研究中描述为“外在增韧”的方法——或者在材料平面内引入改性——“内在增韧”。MAC的平面内结构为测试由无序（无定形）基质中嵌入的有序（结晶）区域组成的纳米复合材料的断裂韧性提供了一个理想的案例研究。

“我们相信这种基于结构的增韧策略可以适用于其他二维材料，因此这项工作为先进材料设计开辟了令人兴奋的可能性，”材料科学、纳米工程和化学教授Jun Lou说，他是该研究的通讯作者

Rice的研究人员在扫描电子显微镜内进行了原位拉伸试验，实时观察裂纹的形成和传播。这使他们能够直接观察MAC纳米复合材料结构如何抵抗裂纹扩展。麻省理工学院的Markus Buehler领导的小组进行了分子动力学模拟，使他们能够在原子水平上放大，以了解结晶和非晶区域的混合如何影响断裂能。材料科学和纳米工程助理教授、该研究的通讯作者Yimo Han说：“以前没有这样做过，因为在原子尺度上创建和成像超薄无序材料极具挑战性。”。“然而，由于纳米材料合成和高分辨率成像的最新进展，我们能够发现一种新的方法，在不添加额外层的情况下使2D材料更坚固。”