目前已知的材料特性都是基於材料的三維結構，而最薄的材料只有一個原子厚度，其二維力學性能完全不同於三維材料特性。為了獲取和處理二維材料，迄今為止都是以三維材料薄膜形式替代。德國薩爾州大學物理學家烏韋·哈特曼和萊布尼茨新材料研究所的研究人員合作，通過掃描隧道顯微鏡測量石墨烯，首次能夠表徵原子級薄膜材料的二維力學性能。相關結果刊登在專業雜誌《納米尺度》上。
近年來，二維材料備受關注。2010年，安德烈·吉姆和康斯坦丁·諾沃索洛夫因研究二維純碳材料石墨烯而獲得諾貝爾物理學獎，由此開啟了諸如矽、鍺等元素的二維材料製造和材料特性表徵。哈特曼表示，一些二維材料的電子特性相當驚奇，如材料內的電子移動遵循相對論原理，而傳統三維材料基本不是這樣，在製造電子元件方面，這是一個有趣的優勢。另外，二維材料的力學性能也是獨一無二的，相對其厚度，顯示出的力學穩定性比三維材料大得多。2013年，歐盟投入10億歐元研究經費，將石墨烯列為旗艦項目，以進一步挖掘二維材料的潛力。
然而到目前為止，關於這些新材料力學性質的許多信息都來自模擬計算。哈特曼說：「二維材料一直只能作為三維材料表面上的薄膜來看待，而整個系統的性質不可避免地還是由三維材料來決定。」不過，在最新研究中，他們首次直接測量出了原子級薄碳改性二維材料的力學性能。「這使得模擬計算的數據可以直接與實驗結果進行比較。此外，膜的晶格的各種缺陷對其力學性能的影響也將能夠測量。」
哈特曼表示，二維材料可以給許多領域帶來創新，從傳感器、處理器到過濾技術和燃料電池等。（記者顧鋼）
更多精彩！歡迎關注「科普中國-科技前沿大師談」官方微信（kjqydst）。
作者： 顧鋼 [責任編輯: 鍾豔平]