揭开石墨烯神奇材料之谜：Robert J. YOUNG 教授解析纳米复合材料力学机制

2026年6月3日，英国皇家学会及皇家工程院院士、英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究院及材料学系高分子科学与技术荣休教授Robert Joseph Young教授，于理大校园主讲理大高等研究院杰出学人讲座，题为「石墨烯及石墨烯基纳米复合材料之力学」。讲座吸引逾40位学者、研究人员及学生亲临现场，并有近15,700名观众透过各大社交媒体平台同步观看直播。

讲座伊始，Young教授回顾曼彻斯特大学自成功首次分离石墨烯以来，近二十年的突破性发展历程。这项开创性研究不仅荣获2010年诺贝尔物理学奖，更促成英国政府与欧洲区域发展基金会共同出资，在曼彻斯特大学建立了耗资6,000万英镑的国家石墨烯研究院。他亦介绍团队首创的微观拉曼光谱技术，该技术能于分子层面直接观测材料在受力下的形变行为，进一步加深学界对材料结构与力学性能之间关联的理解。

针对外界对石墨烯的常见误解，Young教授逐一作出科学分析。他认为，尽管单层石墨烯拥有高达约1,000 GPa的超高模量，但实际应用时，其强度往往受材料缺陷影响而下降至约5至10 GPa，而其断裂韧性亦仅为钢铁的约十分之一。此外，当石墨烯层数增加，片层之间容易产生滑移，并因失去原有的「伯纳尔堆栈」原子排列方式（Bernal stacking）而导致刚度下降。谈及石墨烯基纳米复合材料时，Young教授指出，较柔软的基体材料会限制应力传递，而此过程可透过剪切滞后理论（shear-lag theory）加以模拟。更重要的是，透过高分辨率同步辐射X光纳米断层扫描，研究团队发现复合材料的增韧机制，主要来自材料受压时，脱黏薄片周围孔洞的生长与空化作用（cavitation），而非完全取决于石墨烯本身的固有强度。

这些力学研究成果亦已成功转化为实际应用。英国国家石墨烯研究院与奢华腕表品牌Richard Mille及麦拉伦一级方程式车队（McLaren Formula 1）合作，研发出全球最轻的双秒追针陀飞轮计时腕表RM 50-03。该腕表的表壳与表带均采用石墨烯增强复合材料，充分展现前沿材料科技的工业应用潜力。

讲座以互动问答环节作结，该环节由理大智能可穿戴系统研究院副院长及有机电子学讲座教授严锋教授主持。Young教授在会上分享了对石墨烯抗疲劳性能的见解，并探讨了利用脉冲激光进行动态高速冲击测试的潜力。他加以阐释，化学键虽有助提升材料之间的应力传递效率，但界面黏附力较低的结构实际上更有利于诱发空化作用（cavitation），从而吸收大量能量并提升材料韧性。此外，他建议，若希望在提升聚合物纳米纤维性能的同时避免产生结构缺陷，采用碳纳米管将比石墨烯带来更显著的强化效果。