石墨烯聚集体制备过程中容易形成复杂多级结构，跨越7个尺度，其力学性能衰减2个量级。然而，其多尺度力学性能衰减机理不清，缺乏多层级微结构调控方法，制约聚集体性能进一步提升。基于此，西安交通大学航天航空学院刘益伦教授课题组基于石墨烯聚集体多尺度微结构，提取了不同层级影响力学性能衰减的关键特征结构，即缺陷单层、堆垛多层、聚集体网络结构，构建了石墨烯聚集体多层级力学模型。揭示了石墨烯聚集体多尺度力学性能衰减机理，包括单层缺陷敏感、多层面内-层间载荷传递、聚集体微结构非均匀。
图1 （a）-（c）TEM结构表征：缺陷单层石墨烯（a）；叠层石墨烯（b）；石墨烯聚集体（c）；（d）多尺度力学模型
进一步跟浙江大学高超团队合作，提出了塑化拉伸消除褶皱，提高晶区取向度等多尺度优化设计方法，实现石墨烯聚集体强度大幅提升。该多尺度分析方法可以为石墨烯聚集体从原子到宏观的多尺度强韧化设计提供指导。
图2 石墨烯聚集体的强度衰减及优化改进策略
图3 高性能石墨烯聚集体的优化设计
相关研究成果近日以“Exploring and understanding the multiscale mechanical degradation in graphene assemblies via practical microstructure guided modeling”为题发表在Advanced Functional Materials上。西安交通大学航天航空学院助理教授覃华松与博士研究生童文浩为文章共同第一作者，浙江大学李鹏助理研究员、西安交通大学刘益伦教授为通讯作者。该工作得到国家自然科学基金等资助。西安交通大学航天航空学院刘益伦教授团队长期招聘博士后和博士生，欢迎有意者联系。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202300210
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