鋁及合金因?yàn)槠渲圃斐杀镜土⑤p質(zhì)、良好的機(jī)械加工性能、優(yōu)秀的強(qiáng)度與塑性等特點(diǎn),而被人們廣泛應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域,但其性能還需要進(jìn)一步提升。石墨烯具備極優(yōu)異的力學(xué)性能和高比表面積,是理想的金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)體。目前石墨烯/Al基復(fù)合材料的研究中存在著增強(qiáng)體強(qiáng)化機(jī)理、界面結(jié)合機(jī)制不明確等問題。第一性原理可從電子原子尺度揭示界面結(jié)合本質(zhì),分子動(dòng)力學(xué)能對有限溫度下界面的力學(xué)行為進(jìn)行模擬。本文分別采用第一性原理計(jì)算和分子動(dòng)力學(xué)模擬方法,從電子和原子尺度研究石墨烯/Al-Si基復(fù)合材料的界面性質(zhì)和力學(xué)行為,為石墨烯/鋁硅合金復(fù)合材料的試驗(yàn)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)與借鑒。本文基于密度泛函理論采用平面波贗勢的第一性原理方法計(jì)算了鋁/石墨烯/鋁界面的界面粘附功、錯(cuò)配能、幾何構(gòu)型和電子結(jié)構(gòu),采用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬了鋁/石墨烯/鋁界面不同溫度下的穩(wěn)定性和在300K下的拉伸行為,分析了缺陷、石墨烯層數(shù)、Si原子等對鋁/石墨烯/鋁界面性質(zhì)和力學(xué)行為的影響�；赱1（?）0]_Al//[10（?）0]_graphene、（111）_Al//（0001）_g... 

【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)】：128 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 石墨烯/鋁基復(fù)合材料研究現(xiàn)狀
    1.3 第一性原理在界面研究中的應(yīng)用
    1.4 分子動(dòng)力學(xué)模擬在材料研究中的應(yīng)用
    1.5 本文主要研究內(nèi)容
第2章 理論計(jì)算基本原理與方法
    2.1 引言
    2.2 密度泛函理論
        2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.2 Kohn-Sham方程
        2.2.3 局域密度近似（Local-Density Approximation）
        2.2.4 廣義梯度近似（Generalized-Gradient Approximation）
    2.3 分子動(dòng)力學(xué)
        2.3.1 基本原理與假設(shè)
        2.3.2 動(dòng)力學(xué)方程及算法
        2.3.3 勢函數(shù)簡介
    2.4 熱力學(xué)原理及模型
        2.4.1 Miedema模型
        2.4.2 組元活度計(jì)算
    2.5 軟件簡介
        2.5.1 CASTEP模塊簡介
        2.5.2 LAMMPS軟件簡介
        2.5.3 OVITO軟件簡介
第3章 石墨烯/Al（Si）界面性質(zhì)與電子結(jié)構(gòu)的第一性原理計(jì)算
    3.1 Al-Si-C體系平衡相熱力學(xué)計(jì)算
        3.1.1 Al-Si二元合金熱力學(xué)函數(shù)及各組元活度計(jì)算
        3.1.2 溶質(zhì)元素含量和溫度對界面反應(yīng)產(chǎn)物的影響
    3.2 石墨烯性質(zhì)計(jì)算
        3.2.1 理想石墨烯
        3.2.2 缺陷石墨烯
    3.3 鋁/石墨烯/鋁界面模型構(gòu)建及性質(zhì)計(jì)算
        3.3.1 鋁/理想石墨烯/鋁界面模型構(gòu)建與計(jì)算
        3.3.2 鋁/SV缺陷石墨烯/鋁界面模型構(gòu)建與計(jì)算
        3.3.3 鋁/DV缺陷石墨烯/鋁界面模型構(gòu)建與計(jì)算
        3.3.4 鋁/SW缺陷石墨烯/鋁界面模型構(gòu)建與計(jì)算
    3.4 Si對鋁/石墨烯/鋁界面性質(zhì)的影響計(jì)算
        3.4.1 鋁（硅）/理想石墨烯/鋁界面模型構(gòu)建與計(jì)算
        3.4.2 鋁（硅）/SV缺陷石墨烯/鋁界面模型構(gòu)建與計(jì)算
        3.4.3 鋁（硅）/DV缺陷石墨烯/鋁界面模型構(gòu)建與計(jì)算
        3.4.4 鋁（硅）/SW缺陷石墨烯/鋁界面模型構(gòu)建與計(jì)算
    3.5 本章小結(jié)
第4章 鋁/石墨烯/鋁界面穩(wěn)定性與力學(xué)行為的分子動(dòng)力學(xué)模擬
    4.1 勢函數(shù)準(zhǔn)確性驗(yàn)證
        4.1.1 晶格常數(shù)及鍵長計(jì)算
        4.1.2 石墨烯缺陷形成能計(jì)算
        4.1.3 Al表面能計(jì)算
        4.1.4 Si原子偏聚能計(jì)算
    4.2 鋁/石墨烯/鋁界面穩(wěn)定性分子動(dòng)力學(xué)模擬
        4.2.1 鋁/理想石墨烯/鋁界面穩(wěn)定性模擬
        4.2.2 鋁/少層石墨烯/鋁界面穩(wěn)定性模擬
        4.2.3 鋁/缺陷石墨烯/鋁界面穩(wěn)定性模擬
    4.3 鋁/石墨烯/鋁界面拉伸行為模擬
        4.3.1 沿[（?）2]方向拉伸
        4.3.2 沿[1（?）0]方向拉伸
        4.3.3 沿[111]方向拉伸
    4.4 石墨烯層數(shù)對鋁/石墨烯/鋁拉伸變形行為的影響
    4.5 石墨烯缺陷對鋁/石墨烯/鋁拉伸變形行為的影響
    4.6 Si原子對鋁/石墨烯/鋁界面穩(wěn)定性和拉伸性能的影響
    4.7 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]石墨烯增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 王劍橋,雷衛(wèi)寧,薛子明,錢海峰,劉維橋.  材料工程. 2018(12)
[2]石墨烯增強(qiáng)鋁基納米復(fù)合材料研究進(jìn)展[J]. 燕紹九,陳翔,洪起虎,王楠,李秀輝,趙雙贊,南文爭,楊程,張曉艷,戴圣龍.  航空材料學(xué)報(bào). 2016(03)
[3]石墨烯/金屬復(fù)合材料力學(xué)性能的研究進(jìn)展[J]. 張丹丹,戰(zhàn)再吉.  材料工程. 2016(05)
[4]石墨烯增強(qiáng)鋁基納米復(fù)合材料的研究[J]. 燕紹九,楊程,洪起虎,陳軍洲,劉大博,戴圣龍.  材料工程. 2014(04)
[5]高強(qiáng)變形鋁合金的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]. 王濤,尹志民.  稀有金屬. 2006(02)
[6]高強(qiáng)高韌鋁合金的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 劉昌斌,夏長清,戴曉元.  礦冶工程. 2003(05)
[7]分子動(dòng)力學(xué)模擬的主要技術(shù)[J]. 文玉華,朱如曾,周富信,王崇愚.  力學(xué)進(jìn)展. 2003(01)
[8]短碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的擠壓浸滲工藝[J]. 張廣安,羅守靖,田文彤.  中國有色金屬學(xué)報(bào). 2002(03)

碩士論文
[1]石墨烯/純鋁復(fù)合材料的制備及其性能研究[D]. 鄒君玉.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[2]石墨烯及其Al-20Si基復(fù)合材料的制備與性能研究[D]. 肖瑞.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[3]Wilson方程和正規(guī)溶液模型在鋁基液態(tài)合金體系中的比較研究[D]. 管洪濤.昆明理工大學(xué) 2003



本文編號：3018271