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石墨二炔（GDY）是一種具有雙乙炔鍵（―C≡C―C≡C―）的二維碳材料，其獨特的納米結構顯示出優異的電催化性能、光熱轉換效率和高協同抗菌活性。在加工、制造和應用過程中氣泡破裂、灰塵沉積和機械沖擊引起的動態載荷可能會影響結構的性能。因此，了解GDY薄膜的動態響應對于提高其在工程應用中的性能至關重要涂料在線coatingol.com。目前，有關多層石墨二炔 (MLGDY)的失效行為和動態耗能效率的相關研究僅限于分子動力學(MD)模擬，預測其由于引入了乙炔鍵而具有優異的延展性。GDY不僅可以通過面內波傳播和變形耗散彈體的動能，還可以延長GDY薄膜在與彈丸接觸期間的加速時間。由于實驗制備的GDY與MD模擬的性能之間存在較大差異，因此缺乏對 MLGDY 薄膜沖擊響應的直接實驗研究，限制了其在沖擊防護領域的應用。

為闡明MLGDY薄膜的微觀結構與抗沖擊性能之間的關系，揭示其相應的厚度依賴性動態響應，研究團隊使用激光誘導微彈道沖擊試驗 (LIPIT) 和MD模擬研究了具有超低密度和柔性特征的MLGDY的動態力學性能以及能量耗散的潛在厚度依賴機制。研究結果表明，MLGDY 表現出優異的動態能量耗散能力，這主要歸功于苯環以及苯環之間的乙炔鍵共同產生的優異面內波速。此外，獨特的多裂紋尖端的失效模式及其傳播進一步促進了能量耗散能力。同時，發現其能量耗散能力隨著材料厚度的增加而降低，究其原因，較厚的MLGDY上層發生壓縮-剪切破壞，這種破壞模式在一定程度上阻礙了離域能量耗散能力。彈體上最大的承載力隨沖擊速度的增加幾乎線性增加，這證明了傳統層壓板的抗壓理論在二維材料中的適用性?；趯嶒炗^察和模擬結果，團隊提出了兩種可行的策略來進一步提高MLGDY這種二維材料的抗沖擊能力，即結合高強度多層石墨烯和旋轉GDY夾層以避免sp雜化碳原子的直接堆疊。該研究從實驗上直接證明MLGDY 具有較為優異的抗沖擊性，并提出了可行的制造策略，拓寬了MLGDY在沖擊防護領域的應用。

該成果以“Low-density multilayer graphdiyne film with excellent energy dissipation capability under micro-ballistic impact”發表在Advanced Functional Materials上。中科院力學所博士畢業生肖凱璐與化學所金偉岳博士為論文第一作者，通訊作者為中科院力學所吳先前副研究員。該工作得到國家自然科學基金面上項目和重點項目（Nos. 12272391，12232020, 21790053, 22071251, and 21875258）等項目的支持。

圖1. (a) LIPIT 實驗中使用的直徑為25 μm的二氧化硅彈體SEM圖像及高速攝影拍攝的沖擊過程; (b)彈體剩余速度(Vr)和動能變化(ΔEa) ; (c)不同厚度的MLGDY薄膜的比吸能。

圖2. 不同厚度的MLGDY薄膜在不同沖擊速度(Vi)的失效特征。

圖3.(a) 5層GDY薄膜在彈道極限(V50)下(i)0.5、(ii)1.25、(iii)2.5和(iv)3.75 ps時的失效形態。(b) 10層GDY薄膜在V50下(i)0.3、(ii)1.1、(iii)1.7和(iv)2.2ps時的失效形態。

圖4. (a) 5層和10層MLGDY薄膜Vi和Vr之間的關系，以及V50和GDY層數之間的近似線性關系。(b) 5層和10層MLGDY薄膜在直徑為2nm彈體沖擊下的比吸能，以及10層MLGDY在不同Vi下彈體承載的最大的力 (Fm)與Vi之間的線性關系。

來源：高分子科學前沿