特拉华大学 机械工程M教授
祖贝尔·侯赛因最近发现了关于2D材料六方氮化硼的强度和韧性的新见解
学分:特拉华大学 从弯曲的智能手机到包裹在房屋周围的太阳能电池板，灵活的电子产品可以让消费者非常开心
但首先，必须有人想出如何制作它们
一个重要的问题是，哪些材料足够坚韧，可以在如此恶劣的条件下保持其电子特性？ 答案可能在于二维材料，即单层原子的新兴材料
二维材料具有独特的电子特性，有望在未来的电子器件、纳米复合材料、医疗器件、光伏、热电等领域得到应用
然而，二维材料是易碎的，这有可能限制它们的使用
在特拉华大学
祖贝尔·侯赛因研究如何控制二维材料的韧性和强度，并了解它们在拉伸、跌落或弯曲等载荷条件下的行为
在最近发表在《应用物理学杂志》上的一篇论文中，机械工程助理教授侯赛因描述了关于二维材料六方氮化硼的强度和韧性的新见解，人们正在研究使用六方氮化硼的部分原因是因为它是一种非常好的绝缘体
“我们想了解这种脆性材料的强度和韧性，并试图了解不同方向的性能、强度和韧性，”他说
“我们在这项工作中发现，它们在很大程度上取决于装载方向
" 想象你面前拿着一张面朝下的纸
侯赛因说:“如果你把纸的左右两边都拉直，纸就不会弯曲。”
然而，如果你向下拉这些边，纸就会弯曲
“同一张纸有不同的机械特性，这取决于你往哪个方向加载，同样的想法可以应用于二维材料，”他说
当性质取决于载荷方向时，材料是各向异性的
侯赛因试图确定六方氮化硼在强度和韧性方面是否是各向异性的，并发现它是
他还想了解这种材料的各向异性如何影响其电子特性
如果电子属性发生变化，结果可能会带来问题，或者在某些情况下，会带来一个机会——一个研究人员可以利用的全新功能
不管怎样，科学家们需要了解发生了什么，以便最大限度地利用这种材料
侯赛因还检查了材料，直到最大应力点，以确定加载方向是否影响破坏
“这项工作表明，材料开始失效时的强度或载荷很大程度上取决于加载方向，”他说
他们还确定了材料开始开裂的位置以及如何确定裂缝的路径
路径由加载方向预测，就像其他属性一样
侯赛因在原子尺度上研究了这种材料——毕竟，每种材料都只是通过电子相互作用结合在一起的原子的集合
“这种不同的反应背后有一个原子基础，”他说
“原子在不同方向的排列是不同的
" 原子间的键发生变化并重叠，电子重新分布
电子的这种重新分布取决于加载方向
原子活动也有助于解释当材料破裂时会发生什么
当裂纹首先从原子尺度的键断裂开始时，由于应力信号传播所涉及的时间，从宏观测量中可能检测不到该事件
只要导致键断裂的应力停止增加其强度，断裂的键就能自愈
“如果装载正确，缺陷可以自我修复，但是如果你超过了临界点，它可能就无法恢复了，”他说
侯赛因在机械工程方面的专业知识使他能够对这项研究采取独特的方法
“通常，物理学家或材料科学家会在量子尺度上研究材料的性质和机制，大多是在平衡或未变形的条件下，而不是断裂过程开始成核或扩展的机械条件下，”他说
“我们的研究是跨学科的
我们看强度和韧性，这是机械工程的传统学科，但我们试图从量子力学的角度理解强度和韧性，而机械工程师通常不是这样
我们试图建立和应用基于物理的分析和工具来揭示纳米尺度的机制，并确定它们在我们在更长的长度尺度上看到的机械行为中的作用
" 随着设备变得越来越快、越来越复杂，以及消费者对多功能产品的需求，这些技能变得越来越重要
“如今，我们需要能够在电子层面上设计行为，”他说
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