采用原子力顯微鏡下的納米壓痕法對(duì)石墨烯和金屬涂層石墨烯納米復(fù)合粉體的納米尺度力學(xué)性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。然后用第一性原理計(jì)算得到的數(shù)據(jù)對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。采用改進(jìn)的Hummer法合成的石墨烯具有~1.1 nm厚度的層狀結(jié)構(gòu)。采用原位共還原法合成了金屬包覆石墨烯納米復(fù)合粉體，包括銅包覆石墨烯粉體(Cu@石墨烯)和鎳包覆石墨烯粉體(Ni@石墨烯)。通過(guò)納米壓痕試驗(yàn)得到石墨烯、Cu@石墨烯和Ni@石墨烯的楊氏模量平均值分別為0.98 TPa、1.03 TPa和1.06 TPa，利用第一性原理計(jì)算得到的楊氏模量平均值分別為1.051 TPa、1.07 TPa和1.10 TPa。計(jì)算得到的金屬與石墨烯之間的結(jié)合能值，Cu@石墨烯為-1.54 eV, Ni@石墨烯為- 3.85 eV。碳原子與金屬原子之間的電荷轉(zhuǎn)移顯著地提高了C-C鍵和金屬鍵的鍵強(qiáng)。
圖1. (a)石墨烯模型，(b)(111)/石墨烯Top模型，(c)(111)/石墨烯Hollow模型，(d)(111)/石墨烯Bridge模型。
圖2. (a)石墨烯和(b) Ni@石墨烯表面形貌的SEM圖像。
圖3. (a)石墨烯，(b) Cu@石墨烯， (c) Ni@石墨烯的TEM圖像。
圖4. (a)石墨烯，(b) Cu@石墨烯， (c) Ni@石墨烯的XRD圖。
圖5. (a)石墨烯，(b) Cu@石墨烯， (c) Ni@石墨烯的拉曼光譜。
圖6. (a)石墨烯，(b) Cu@石墨烯， (c) Ni@石墨烯的AFM圖像。
圖7. (a)石墨烯，(b) Cu@石墨烯， (c) Ni@石墨烯的力-距離曲線和力-壓痕曲線。
圖8. (a)石墨烯，(b) Cu@石墨烯， (c) Ni@石墨烯的楊氏模量的直方圖和高斯擬合。
圖9. (a)石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)(圖示在費(fèi)米能級(jí)放大)，(b)石墨烯的態(tài)密度。
圖10. Cu(111)/石墨烯三種吸附模型的能帶結(jié)構(gòu)圖和態(tài)密度圖：(a,d)Top，(b,e)Hollow，(c,f)Bridge。
圖11. Ni(111)/石墨烯三種吸附模型的能帶結(jié)構(gòu)圖和態(tài)密度圖：(a,d) Top， (b,e) Hollow， (c,f) Bridge。
相關(guān)研究成果由西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院Wenge Chen和諾森比亞大學(xué)工程與環(huán)境學(xué)院Yong-Qing Fu等于2022年發(fā)表在Materials Today Communications (https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.104731)上。原文：Nanoscale mechanics of metal-coated graphene nanocomposite powders。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
