奈米材料為何有那麼出色的力學效能？

1樓：

奈米材料通俗點講就是極其細小的東西，卻具備了超強的爆發力，效能優越於其他產品。

像奈米防水塗層，就是在ＰＣＢ板表面形成一層薄薄的塗層，以最薄的狀態，達到最強的防水效能。被稱為有網眼的雨衣，疏水防水防潮防腐蝕。

2樓：

樓上有人提到奈米材料是比強度，似乎不太準確，準確的說是二維強度被除以了厚度。以石墨烯為例，石墨烯和鋼鐵力學性質測量方法完全不同。鋼鐵大概就是把準試樣拉斷。

石墨烯是想辦法懸空起來，然後用針尖戳破，這樣可以從戳的力曲線中提取強度。這個強度是二維的，單位是N/m，需要除以厚度才是我們所熟悉的GPa。石墨烯厚度0.

34nm，除以厚度以後強度變得非常可觀，100多GPa完爆鋼鐵的幾百MPa。但是這樣比較是否具有很大的科學性我至今也想不明白。

3樓：它們會踢人

這就是尺寸效應，smaller is stronger，拿納晶來說，1000nm以下時就會出現明顯的尺寸效應，由於其內部位錯源數量下降以及位錯源開動變難導致的

4樓：gemglory

下面的人都回答的挺好。石墨烯奈米薄膜是可以做到巨集觀量級的，有個院士貌似在一次seminar提過實驗室合成了1公尺*1公尺的一張碳膜。

在巨集觀上看，它比其他同量級的材料要不容易斷的乙個原因是它的內部結構對稱性，沒有缺陷。

5樓：

首先，糾正一下基礎的物理問題。碳奈米管、石墨烯內部不是范德華力，是共價鍵。斷裂準則也並非叫「斷裂強度」，正確應該叫「斷裂韌性」。

鍵的強弱也不能決定斷裂韌性，只能很大程度上決定彈性模量（剛度係數）。而且斷裂韌性有兩個，乙個是臨界應力強度因子，乙個是臨界能量釋放率（兩者之間存在簡單的關係可以換算，簡單關係中的係數包含了彈性模量和泊松比）。

然後，回到斷裂上。乙個材料斷裂根本原因是：材料內部有缺陷（微觀結構），這些缺陷即預裂紋。

直接原因是有外力施加到材料上。斷裂力學告訴我們，外應力強度因子（∝外應力×裂紋長度開根號）大於臨界值（即，斷裂韌性。與材料的表面能、塑形本構有關）之後，材料就會斷裂。

對於巨集觀材料，最大的預裂紋尺度比奈米材料大得多，而材料斷裂是看材料最薄弱、裂紋最長的那個位置。所以雖然材料本身斷裂韌性與尺度無關，但奈米材料的強度會比巨集觀材料大得多。

6樓：宮非

2015-10-04

你把層間 (雙／多原子)與單原子搞混了。的確，層 (原子)間凡得瓦力是物理鍵，不過是共價鍵的1／100。石墨烯是單原子厚的平面碳材料，具有混成軌域及蜂巢狀晶格結構，而這些s 鍵才是賦予石墨烯極其優異的力學性質和結構剛性的主要因素。

另外，石墨烯高分子複材又是另一種機理，層間透過石墨烯氧化物官能化與高分子形成共價鍵，所以這裡有三種不同的角度去思考機械性質。

2012 年美國學者發現石墨烯中的晶界缺陷 (grain boundary defect) 如何影響其機械性質，石墨烯材料最脆弱之處位於六角環與七角環間的鍵結。實驗結果顯示，晶界強度可隨傾斜角增強或減弱。當石墨烯內的五角-七角環均勻分布時，晶界強度隨著傾斜角的平方值而增加。