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Physical Review Letters发表高压拉曼探测碳链力学性能Comment文章
发布时间:2022-05-29

        高压拉曼光谱可以用于研究碳链本身的性质以及碳链与碳纳米管之间的相互作用。此前,我们和郑州大学的单崇新教授、杨西贵副教授、吉林大学的姚明光教授合作,研究了高压调节碳链的带隙,并发现高达45 GPa的压强都无法破坏碳链的结构(Carbon 159, 266-272, 2020)。

        2020年8月,Keshav Sharma等人通过理论计算在碳链@多壁碳纳米管的高压拉曼实验结果中提取出了碳链的力学性能,如杨氏模量、格林奈森参数和应变。然而,在他们的模型中,存在不合理的假设以及公式简化问题,例如,使用极大的碳链横截面,导致计算得到的拉伸刚度超过了其他理论预测值达两个数量级,不符合一般规律。此外,根据他们得到的杨氏模量与压强关系式推出,当压强从0.13 GPa增加到4.6 Gpa,即轴向的应变变化仅为0.01%时(经过一次勘误后,最新改为1%),其杨氏模量从30 TPa降低到了0.4 TPa,不符合常识中杨氏模量在较小的应变下应该几乎不变的特征。基于以上分析,我们判断,其理论模型的建立不尽合理,因此与该文的作者展开了长时间的探讨。

        近期,经过长达一年四个月与前文作者之间的几轮探讨,并经审稿人最终审查,Physical Review Letters发表了我们关于高压拉曼探测碳链力学性能的Comment文章。我们的文章指出,在他们之前的论文模型中,一方面高估了由多壁碳纳米管的最外层传递到最内层的碳纳米管并最终传递给碳链的力;另一方面,其模型忽略了更重要且占主导地位的简谐项而只考虑了非简谐项。因此,他们得到了在应变较小时产生了极大的杨氏模量的变化这一错误结果。我们提出,通过关系式杨氏模量E ∼ ω2maC−C/2,即可判断,在同样压强从0.13 GPa增加到4.6 Gpa,碳链的杨氏模量仅变化约2%(而非此前报道的98%),更符合常识的认知。

        相关的研究成果以“Comment on “Anharmonicity and Universal Response of Linear Carbon Chain Mechanical Properties under Hydrostatic Pressure””为题发表在物理顶级学术期刊Physical Review Letters(128, 219601 (2022))。武汉大学的高恩来教授为论文第一作者,西安交通大学的周科副教授为第二作者,中山大学的石磊副教授和清华大学的徐志平为共同通讯作者。该研究工作受到国家自然科学基金的支持。