研究表明，石墨烯经常通过弱的范德华（vdW）相互作用与其他材料接触。特别令人感兴趣的是石墨烯-聚合物界面，其在应用当中不断受到动态加载，包括柔性电子产品和多功能涂层。

近日，加拿大多伦多大学Tobin Filleter，Yu Sun报道了对石墨烯负载的聚合物进行了原位循环加载，并直接观察了石墨烯-聚合物界面处的界面疲劳损伤转移以及vdW诱导的石墨烯疲劳断裂。

文章要点

1）除了由于弹性应变不匹配而引起的众所周知的石墨烯屈曲现象外，研究还发现循环载荷不仅会诱发而且还将受影响的屈曲区域从边缘附近动态传播到内部区域，其传播符合修正的Paris定律。构型分析表明，石墨烯的损伤演化遵循S型行为，具有非恒定的损伤速率。

2）研究工作突出了界面对循环载荷下石墨烯力学行为的显著影响。虽然石墨烯具有最高的固有强度和疲劳寿命，但界面处vdW相互作用的动态参与通过面内剪切和面外撕裂机制使石墨烯断裂。这些结果为石墨烯在纳米复合材料和多功能涂层中的动态力学行为提供了力学方面的见解。在这些应用中，需要对适当的疲劳行为进行评估和控制，以延长其寿命。

3）理论分析表明，衬底的外部负载通过控制撕裂传播特性，如锥角和传播方向，为石墨烯的自组装和质量传输提供了一条更可调的途径。

该研究工作所设计的理论框架和石墨烯断裂行为分析也可以推广到各种可扩展基底上的其他二维材料。

Teng Cui, et al, Graphene fatigue through van der Waals interactions, Sci. Adv. 2020

DOI: 10.1126/sciadv.abb1335

http://advances.sciencemag.org/content/6/42/eabb1335