Micromechanical Landscape of Three-Dimensional Disordered Graphene Networks

石墨烯 拓扑(电路) 微观结构 曲率 缩放比例 张力(地质) 材料科学 模数 撕裂 拓扑缺陷 压缩(物理) 纳米技术 复合材料 凝聚态物理 物理 几何学 数学 组合数学
作者
YinBo Zhu,Yongchao Wang,Bao Wu,ZeZhou He,Jun Xia,HengAn Wu
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:21 (19): 8401-8408 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.1c02985
摘要

Disordered carbons can be considered under the modeling framework of disordered graphene networks (DGNs) due to the continuous three-dimensional connectivity and high graphitization. Correlating microstructures and mechanical behaviors of DGNs to their topology is pivotal to revealing more intrinsic features hidden by disorder. Herein, starting from basic deformations and topology, we investigate DGNs with various densities to explore their micromechanical landscape. Both the tension and shear of DGNs exhibit prolonged plastic platforms through local tearing of microstructures. However, compression displays special plastic damages of forming kinklike puckers and sp3-bonded carbon, resulting in a tension–compression asymmetry of DGNs. Out-of-plane topological defects contribute to the main negative-curvature topology in deformed DGNs. Moreover, there are novel scaling laws where both the Young's modulus and strength (logarithms) follow an inversely proportional scaling with respect to average angular defects. Ashby charts demonstrate that the mechanical properties of DGNs can reach the theoretical limit region, surpassing those of most conventional materials.
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