黄坤 王腾飞 姚激

1) (昆明理工大学建筑工程学院, 工程力学系, 昆明 650500)

2) (昆明理工大学, 云南省土木工程防灾重点实验室, 昆明 650500)

单层二硫化钼( M oS2 )是有广泛应用前景的二维纳米材料, 但其力学性质还没有被深入研究, 特别是其热弹耦合力学行为迄今还没有被关注到.本文首次提出了考虑热应力影响的单层 M oS2 的非线性板理论, 并对比研究了其与石墨烯的热弹耦合力学性质.对于不可移动边界, 结果显示: 1)有限温度产生的热应力降低了 M oS2 的刚度, 但提高了石墨烯的刚度; 2)在相同几何尺寸和温度条件下, 变形较小时 M oS2 的刚度大于石墨烯, 但伴随变形的增大, M oS2 的刚度将小于石墨烯.研究结果表明, 边界预加轴向外力和环境温度可以调节单层二维纳米结构力学性质.本文建立的热弹耦合板模型, 可以推广至其他单层二维纳米结构.

1 引 言

自机械剥离获得单层石墨烯以来, 多种单层二维纳米结构不断被发现[1−4].比如, 与石墨烯一样具有单原子厚度的六方氮化硼(h-BN)[5]; 原子不在同一面内的准二维纳米单层, 例如硅烯[6]; 以及不同原子构成的“三片单层结构”(three-sheet single layer), 例如二硫化钼( M oS2)[7,8]等.最近还发现了“五片单层结构”的 M oSi2N4[9].石墨烯因优异的物理化学性质, 具有广泛的潜在应用价值.其力学性质引起了广泛的兴趣, 并得了大量的研究成果[10−12].但针对 M oS2单层的研究还主要集中在电学、热学和摩擦性质上, 对其力学性质的研究还较少[13].特别是, M oS2面外抗弯能力的研究还很少被关注[13−15].此……