Elasticity, Flexibility, and Ideal Strength of Borophenes

硼酚 材料科学 石墨烯 刚度 张力(地质) 弹性(物理) 模数 离域电子 复合材料 抗弯刚度 弹性模量 灵活性(工程) 弯曲 纳米技术 极限抗拉强度 理想(伦理) 物理 核物理学 统计 量子力学 数学
作者
Zhuhua Zhang,Yang Yang,Evgeni S. Penev,Boris I. Yakobson
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:27 (9): 1605059-1605059 被引量:207
标识
DOI:10.1002/adfm.201605059
摘要

We study the mechanical properties of two-dimensional (2D) boron, borophenes, by first-principles calculations. The recently synthesized borophene with 1/6 concentration of hollow hexagons (HH) is shown to have in-plane modulus C up to 210 N/m and bending stiffness as low as D = 0.39 eV. Thus, its Foppl-von Karman number per unit area, defined as C/D, reaches 568 nm-2, over twofold higher than graphene's value, establishing the borophene as one of the most flexible materials. Yet, the borophene has a specific modulus of 346 m2/s2 and ideal strengths of 16 N/m, rivaling those (453 m2/s2 and 34 N/m) of graphene. In particular, its structural fluxionality enabled by delocalized multi-center chemical bonding favors structural phase transitions under tension, which result in exceptionally small breaking strains yet highly ductile breaking behavior. These mechanical properties can be further tailored by varying the HH concentration, and the boron sheet without HHs can even be stiffer than graphene against tension. The record high flexibility combined with excellent elasticity in boron sheets can be utilized for designing composites and flexible systems.
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