材料科学领域近期迎来重大突破，一种名为“单层无定形碳”（Monolayer Amorphous Carbon，简称MAC）的新型碳基材料，正以其卓越的性能震撼学界。这项由新加坡国立大学（NUS）和莱斯大学（Rice University）科学家携手合作的研究成果显示，MAC不仅拥有媲美石墨烯的超高强度，更具备石墨烯望尘莫及的韧性，其韧性高达石墨烯的八倍之多。
即便是最坚固的材料，在压力下也难免产生裂痕，这一直是材料科学家一直努力想要克服的难题。石墨烯作为目前已知最坚硬的材料之一，虽然强度惊人，却极易脆裂，一旦出现裂纹便会迅速扩展，导致整体结构崩溃。这大大限制了石墨烯在现实应用中的潜力。
兼具强度与韧性的完美结合MAC的出现，成功打破了强度与韧性之间的矛盾。与石墨烯的原子排列成有序的六角形晶格不同，MAC是一种由结晶区域和非晶区域交织而成的复合材料。这种独特的结构设计，赋予了MAC非凡的韧性。
“这种独特的设计能有效阻止裂缝的扩展，使材料在断裂前吸收更多的能量。”莱斯大学材料科学与纳米工程研究生、该研究的第一作者Bongki Shin（见下图）解释道。
（Source：Rice University，下同）
二维材料因其独特的物理和化学性质，在电子产品、能源存储、传感器和穿戴科技等领域具有广阔的应用前景。然而，其固有的脆性一直是阻碍其广泛应用的主要障碍。
为了克服这一挑战，科学家们提出了两种增韧策略：一是在薄膜中添加增强纳米结构（外在增韧），二是在材料平面内进行结构改性（内在增韧）。MAC的平面结构为研究纳米复合材料的断裂韧性提供了一个理想的模型。
Bongki Shin（左图）在实验室中操作微型操作器，该设备用于切割二维材料（右图）。
结构增韧打开材料设计新思路“我们相信这种基于结构的增韧策略也适用于其他二维材料。”莱斯大学材料科学与纳米工程和化学教授、该研究的通信作者Jun Lou表示。研究人员利用扫描电子显微镜内的原位拉伸测试，即时观察了MAC中裂缝的形成和扩展过程。同时，麻省理工学院（MIT）的Markus Buehler教授领导的研究小组，则通过分子动力学模拟，从原子层面揭示了晶体和非晶区域的混合如何影响材料的断裂能量。
“在原子尺度上创造和成像超薄、无序的材料极具挑战性，这在以前是无法做到的。”莱斯大学材料科学与纳米工程助理教授、该研究的通信作者Yimo Han表示，“得益于纳米材料合成和高分辨率成像技术的最新进展，我们成功发现了一种无需添加额外层，即可使二维材料更坚韧的新方法。”
研究成果已发表在学术期刊《Matter》。
（首图来源：shutterstock）
