碳納米管和石墨烯具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、高導(dǎo)電性等一系列優(yōu)異性能,已經(jīng)開始應(yīng)用于復(fù)合材料、電子器件、儲能等領(lǐng)域。碳納米管/石墨烯多尺度復(fù)合材料在保持優(yōu)異力、電、熱學(xué)性質(zhì)的同時,使一維碳納米管和二維石墨烯擴(kuò)展到三維復(fù)合材料。但是碳納米管/石墨烯多尺度復(fù)合材料并未得到各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,部分原因在于其界面粘結(jié)的不穩(wěn)定性,經(jīng)常會出現(xiàn)碳納米管與石墨烯表面的脫粘現(xiàn)象,也就是界面失效。碳納米管/石墨烯多尺度復(fù)合材料的失效模式問題已經(jīng)引起了眾多學(xué)者的關(guān)注,包括界面剝離失效和界面剪切失效。對于剝離失效,已經(jīng)通過分子模擬、實驗等方法進(jìn)行了深入研究,然而卻鮮有文獻(xiàn)報道碳納米管/石墨烯界面剪切失效問題。為了進(jìn)一步揭示碳納米管/石墨烯界面剪切失效機(jī)制,本文運(yùn)用分子動力學(xué)模擬對這一機(jī)制進(jìn)行了深入討論,主要包括以下幾個方面工作:采用分子動力學(xué)方法研究了范德華力作用下碳納米管/石墨烯界面剪切失效行為,并考察了石墨烯尺寸、碳納米管壁數(shù)和石墨烯層數(shù)對剪切行為的影響。隨著剪切位移的增加,剪切力呈周期性變化,并且碳納米管壁數(shù)會影響剪切力-位移曲線的周期性,石墨烯層數(shù)對周期性不產(chǎn)生影響;臨界失效剪切力出現(xiàn)在剪... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景目的及意義
    1.2 碳納米管和石墨烯力學(xué)性能研究
        1.2.1 碳納米管力學(xué)性能研究
        1.2.2 石墨烯力學(xué)性能研究
    1.3 碳納米管/石墨烯多尺度復(fù)合材料制備工藝研究進(jìn)展
    1.4 碳納米管/石墨烯多尺度復(fù)合材料失效機(jī)理研究進(jìn)展
        1.4.1 碳納米管與基體剝離失效
        1.4.2 碳納米管與基體之間的剪切失效
    1.5 研究內(nèi)容
第2章 計算方法
    2.1 分子模擬簡介
    2.2 分子動力學(xué)模擬原理
        2.2.1 分子動力學(xué)運(yùn)動方程
        2.2.2 數(shù)值積分法
        2.2.3 周期性邊界條件
    2.3 分子動力學(xué)模擬基本概念
        2.3.1 勢函數(shù)
        2.3.2 系綜
    2.4 分子動力學(xué)模擬基本步驟
    2.5 軟件的選擇
    2.6 本章總結(jié)
第3章 碳納米管/未官能化石墨烯界面剪切機(jī)理研究
    3.1 碳納米管/石墨烯界面模型
        3.1.1 建立模型
        3.1.2 分子動力學(xué)參數(shù)選擇
    3.2 石墨烯尺寸對剪切力學(xué)行為的影響
        3.2.1 模型參數(shù)
        3.2.2 石墨烯尺寸對碳納米管/石墨烯界面搭接結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響
        3.2.3 碳納米管/石墨烯界面剪切行為
        3.2.4 石墨烯縱向尺寸H尺寸對臨界失效剪切力的影響
    3.3 碳納米管壁數(shù)對剪切力學(xué)行為的影響
        3.3.1 模型參數(shù)
        3.3.2 碳納米管壁數(shù)對剪切力-位移曲線的影響
        3.3.3 碳納米管壁數(shù)對臨界失效剪切力的影響
    3.4 石墨烯層數(shù)對剪切力學(xué)行為的影響
        3.4.1 模型參數(shù)
        3.4.2 石墨烯層數(shù)對碳納米管/石墨烯界面搭接結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響
        3.4.3 石墨烯層數(shù)對剪切力周期的影響
        3.4.4 石墨烯層數(shù)對臨界失效剪切力的影響
    3.5 本章小結(jié)
第4章 碳納米管/官能化石墨烯界面剪切機(jī)理研究
    4.1 碳納米管/氫化石墨烯界面模型的建立
        4.1.1 初始模型的構(gòu)建
        4.1.2 參數(shù)的選擇
    4.2 氫原子含量對剪切力學(xué)行為的影響
        4.2.1 氫原子對碳納米管/氫化石墨烯界面搭接結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響
        4.2.2 碳納米管/氫化石墨烯剪切力-位移曲線
        4.2.3 氫原子含量對臨界失效剪切力的影響
    4.3 碳納米管/氧化石墨烯模型的建立
        4.3.1 建立模型
        4.3.2 參數(shù)選擇
    4.4 石墨烯被氧化比例對剪切力學(xué)行為的影響
        4.4.1 官能團(tuán)對碳納米管/氧化石墨烯界面搭接結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響
        4.4.2 碳納米管/氧化石墨烯剪切力-位移曲線
        4.4.3 碳納米管/氧化石墨烯界面臨界失效剪切力
    4.5 環(huán)氧基和羥基比例對剪切力學(xué)行為的影響
        4.5.1 碳納米管/石墨烯界面剪切力-位移曲線
        4.5.2 碳納米管/氧化石墨烯界面臨界失效剪切力
    4.6 石墨烯被氧化比例和官能團(tuán)比例對剪切力影響綜合分析
    4.7 C-C共價鍵對剪切力學(xué)行為的影響
        4.7.1 模型參數(shù)
        4.7.2 C-C共價鍵對碳納米管/石墨烯界面搭接結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響
        4.7.3 C-C共價鍵連接下剪切力-位移曲線
        4.7.4 C-C共價鍵個數(shù)對臨界失效剪切力影響
        4.7.5 碳納米管/石墨烯搭接界面結(jié)構(gòu)破壞
    4.8 本章總結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]石墨烯/碳納米管復(fù)合材料的制備及應(yīng)用進(jìn)展[J]. 趙冬梅,李振偉,劉領(lǐng)弟,張艷紅,任德財,李堅.  化學(xué)學(xué)報. 2014(02)
[2]碳納米管從硅基板上剝離的拉伸分子動力學(xué)模擬研究[J]. 彭德鋒,江五貴,彭川.  物理學(xué)報. 2012(14)
[3]石墨烯力學(xué)性能研究進(jìn)展[J]. 韓同偉,賀鵬飛,駱英,張小燕.  力學(xué)進(jìn)展. 2011(03)
[4]石墨烯研究進(jìn)展[J]. 徐秀娟,秦金貴,李振.  化學(xué)進(jìn)展. 2009(12)
[5]碳納米管及其研究進(jìn)展[J]. 劉治,陳曉紅,宋懷河.  化工新型材料. 2002(04)

博士論文
[1]碳納米管和石墨烯的制備及應(yīng)用研究[D]. 胡曉陽.鄭州大學(xué) 2013



本文編號：2985141