| Περίληψη: | Το γραφένιο είναι ένας τέλειος διδιάστατος κρύσταλλος ομοιοπολικά συνδεδεμένων ατόμων άνθρακα που υπόσχεται έναν αριθμό ηλεκτρικών θερμικών και μηχανικών εφαρμογών λόγω των εξαιρετικών φυσικών ιδιοτήτων του. Οι εντυπωσιακές μηχανικές του ιδιότητες καθιστούν ικανή τη χρήση του γραφενίου σε σύνθετα πολυμερή υψηλής απόδοσης. Το γραφένιο παρουσιάζει έναν μοναδικό συνδυασμό μηχανικών ιδιοτήτων. Συγκεκριμένα, οι μετρήσεις που έγιναν σε ελεύθερο αιωρούμενο γραφένιο μέσω μικροσκοπίου ατομικής δύναμης (AFM) έδωσαν σαν αποτέλεσμα το μέτρο ελαστικότητας Young ίσο με 1 ΤPa και αντοχή εφελκυσμού 130 GPa. Ωστόσο οι τιμές της ακαμψίας και της αντοχής προέκυψαν από πείραμα κάμψης θεωρώντας ότι το πεδίο της εφαρμογής ήταν ισόπλευρο και θεωρώντας ότι η μεμβράνη είναι άκαμπτη. Τα πειράματα μονοαξονικής φόρτισης του γραφενίου χωρίς αυτό να υποστηρίζεται από κάποιο υπόστρωμα είναι μεγίστης σημασίας για την εκτίμηση των ιδιοτήτων του γραφενίου. Βιβλιογραφικά, υπάρχουν μόνο λίγες προσπάθειες έως τώρα, διότι είναι δύσκολο να επιτευχθούν τέτοιου είδους πειράματα. Επιπλέον, το γραφένιο, λόγω του ατομικού του πάχους, είναι επιρρεπές σε μορφολογικές αστάθειες όταν σ’ αυτό υποβάλλονται μηχανικές φορτίσεις. Μια τέτοια μορφολογική αστάθεια είναι ο εγκάρσιος λυγισμός υπό μονοαξονική φόρτιση. Η μορφολογική αστάθεια είναι μια συμπεριφορά, χαρακτηριστική, των τεντωμένων μεμβρανών οι οποίες τείνουν να λυγίζουν λόγω συστολής Poisson. Σε απλά εδραζόμενο γραφένιο οι εγκάρσιες ρυτίδες είναι ένα αποτέλεσμα αστοχίας του υλικού καθώς αστοχεί η διεπαφή υποστρώματος υλικού. Σε ακανόνιστες διαστάσεις γραφενίου, η αστοχία εμφανίζεται σε σχετικά μικρές τάσεις εφελκυσμού (<1%) οι οποίες είναι επαρκείς προκειμένου να σχηματίσουν εγκάρσιο λυγισμό. Είναι σαφές ότι η εμφάνιση εγκάρσιων ρυτίδων σε μικρές φορτίσεις, τόσο στα δείγματα που είναι στον αέρα όσο και στα δείγματα γραφενίου που εδράζονται σε κάποιο υπόστρωμα, επηρεάζουν αρνητικά τη μηχανική απόδοση του γραφενίου και περιορίζουν τις εφαρμογές του. Ως εκ τούτου, προκειμένου να αξιοποιηθεί πλήρως η δυναμική του υλικού αυτού ως ενισχυτικό μέσο σε σύνθετα υλικά και για την αποφυγή της αστοχίας της διεπαφής σε εύκαμπτες συσκευές, θα πρέπει να καθυστερείται ο εγκάρσιος λυγισμός του γραφενίου. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία, αποδεικνύεται ότι το σχήμα του γραφενίου μπορεί να διαδραματίσει σπουδαίο ρόλο στην εμφάνιση του φαινομένου που αναφέραμε. Συγκεκριμένα, τα δείγματα σχήματος λωρίδας μπορούν να καθυστερήσουν την εμφάνιση ρυτίδων σε μεγαλύτερες παραμορφώσεις, όπως αυτό επαληθεύεται με πειράματα που έγιναν. Τα πειράματα, ήταν ένας συνδυασμός μονοαξονικών εφελκυστικών παραμορφώσεων μέσω μικροσκοπίου ατομικής δύναμης (AFM). Η γεωμετρία του σχήματος λωρίδας επιτρέπει στο γραφένιο να αντέχει σε μεγάλες παραμορφώσεις (2,2%) όπως αυτό αποδεικνύεται μέσω φασματοσκοπίας Raman. Τέλος, γραφένιο σχήματος λωρίδας ενσωματώθηκε και σε πολυμερική μήτρα για περαιτέρω βελτίωση των διεπιφανειακών ιδιοτήτων.
|
|---|
