香港城市大學陸洋教授和清華大學徐志平教授通過合作開發了精準的大面積石墨烯轉移、樣品形貌控制以及拉伸應變加載技術，結合先進的原子尺度模擬分析，首次實現了對無支撐（free-standing）單層石墨烯的定量原位拉伸測試，日前在英國《自然·通訊》上發表報告（Elastic straining of free-standing monolayer graphene ）。相關結果和實驗技術有助推動石墨烯在輕量化複合材料，柔性電子器件以及應變工程等應用。
此前大量的理論計算均已表明，單層石墨烯具有非常高的彈性模量和強度，被視為有廣泛應用潛力的「超級材料」。然而由於其構造上僅有薄薄一層原子，研究人員要開展相關的定量力學研究仍需面對不少挑戰。香港城市大學納米力學實驗室的研究人員藉助新開發的技術，實現了對單層石墨烯的定量拉伸測試。實驗結果表明，通過化學氣相沉積製備（CVD）的高質量單層石墨烯在拉伸條件下可實現高達5%的完全可恢復彈性變形，其斷裂應變更達約6%；同時，其彈性模量接近於理論值約1000吉帕（GPa），而抗拉強度達到了50至60吉帕，達到了石墨烯理想強度的一半。
報告通訊作者之一、香港城市大學陸洋教授解釋：「此前研究通常展示的都是石墨烯的理論性質和局域小範圍的理想極限，實際上並沒有真正去拉伸測試一張無支撐的大面積單層石墨烯。我們克服了許多實驗困難，首次測得接近真實應用的場景中，單層石墨烯在拉伸載荷下的力學性質依然能相當接近理論極限。」該研究展示了即使在有著邊界以及邊緣缺陷的情況下，大面積的高質量單層石墨烯依然能夠展現接近理想的力學性能，具備極高的拉伸彈性和可靠性，而這些對於石墨烯未來在柔性電子器件和高強度複合材料等實際應用方面有著積極的意義。同時，這項工作更證實了單層石墨烯具備
極好的晶格變形能力，這也是此前沒有預料的（通常對於石墨烯拉伸變形，以往實驗結果通常在~1%以內），為其深層次彈性應變工程(“deep elastic strain engineering”)調控奠定了實驗基礎---由於材料的物理化學性質與其晶體幾何結構（lattice geometry）密切相關，而石墨烯展現出來的巨大晶格變形能力，結合該工作開發的納米力學調控手段，正可以實現對石墨烯（包括其他的二維材料）的物理化學性質進行連續、可逆、動態的改變。結合最近剛剛獲得2020年沃爾夫物理獎的扭轉雙層石墨烯技術(twistronics)，該研究發展的拉伸（stretch）應變調控對於雙層石墨烯及其他半導體二維材料未來在超薄電子器件、高性能太陽能電池，或者高功率能源存儲和轉換器件等應用大有潛力。目前有業內人士呼籲建立有關石墨烯產業應用的國際標準，這項成果將有助形成石墨烯在工況下的真實力學性能標準，從而推動這種高性能材料更好地應用在不同領域，比如製造出更好的飛機、高鐵輕量化複合材料部件以及更強韌的柔性觸摸屏和電子設備等。
https://www.nature.com/articles/s41467-019-14130-0
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