本文關(guān)鍵詞：基于碳納米管纖維和石墨烯的碳納米復(fù)合材料的界面性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：碳納米管和石墨烯自被發(fā)現(xiàn)以來就引起了科技界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。從理論上講,碳納米管和石墨烯可以構(gòu)建太空電梯和微納米機器人,因此碳納米管和石墨烯擔(dān)負(fù)著革新材料界的歷史使命。另外,碳納米管和石墨烯的物理特性十分優(yōu)良,它們是復(fù)合材料增強體的最佳選擇。當(dāng)蜂窩狀的石墨烯對離子進(jìn)行“過濾”時,它猶如一張濾紙對離子具有選擇性透過作用,它有望成為新型的離子篩。分子動力學(xué)方法可以準(zhǔn)確地模擬較大規(guī)模的原子體系在力和電場下的動態(tài)特性,可以輸出模擬體系中任意原子的運動軌跡。分子動力學(xué)模擬方法使直觀認(rèn)識材料物理特性成為可能。因此,本文選用分子動力學(xué)方法,研究碳納米管纖維/聚乙烯復(fù)合材料的界面力學(xué)性能、石墨烯/聚乙烯復(fù)合材料的界面力學(xué)性能以及電場作用下石墨烯和離子的相互作用,具體研究內(nèi)容如下。(1)探究碳納米管纖維/聚乙烯復(fù)合材料的界面力學(xué)行為和斷裂機理。研究發(fā)現(xiàn)碳納米管纖維和聚乙烯復(fù)合材料體系在拔出過程中的能量是守恒的;碳納米管纖維的結(jié)構(gòu)參數(shù)是影響其復(fù)合材料界面粘結(jié)強度的關(guān)鍵參數(shù);同時,我們注意到紡絲加捻會削弱周邊碳納米管和中間碳納米管之間的界面粘結(jié)強度,碳納米管纖維和聚乙烯之間的界面粘結(jié)強度也會因加捻而有所降低。(2)研究石墨烯/聚乙烯復(fù)合材料的界面斷裂過程。研究發(fā)現(xiàn),具有一定晶格結(jié)構(gòu)的聚乙烯基體是各向異性材料,按裂紋的擴展方向分類,界面裂紋可分為法向裂紋,剪切裂紋和扒皮裂紋。這三種模式的裂紋的界面粘結(jié)強度的強弱順序為法向裂紋大于扒皮裂紋大于剪切裂紋,這三種模式的裂紋的界面剪切力都集中在裂紋尖端,界面破壞過程都是可逆的。(3)模擬石墨烯和離子在電場作用下的相互作用。研究發(fā)現(xiàn),在強電場作用下,氫離子和氟離子可以很容易地穿過石墨烯。在離子穿透過程中,石墨烯沒有發(fā)生斷鍵現(xiàn)象;在弱電場作用下,石墨烯像一道屏障,氫離子和氟離子都不能穿過石墨烯。氫離子和氟離子能否穿過石墨烯還與電場的作用時間有關(guān),電場作用時間越短,氫離子和氟離子能穿過石墨烯時所需要的電壓值越高,電場作用時間越長,氫離子和氟離子能穿過石墨烯時所需要的電壓值越低�；谝陨侠碚�,可以設(shè)計石墨烯離子篩。本文的研究意義在于,展現(xiàn)碳納米管纖維和石墨烯復(fù)合材料的界面破壞過程,預(yù)測其界面強度;展現(xiàn)石墨烯和離子的相互作用行為,為石墨烯離子篩的開發(fā)提供理論支持。
【關(guān)鍵詞】：分子動力學(xué)方法 碳納米管纖維/聚乙烯 石墨烯/聚乙烯 界面強度和斷裂機理 石墨烯和離子相互作用
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;TB33
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 研究背景及意義11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 碳納米管復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 石墨烯復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 分離技術(shù)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 研究內(nèi)容和技術(shù)路線15-17
• 第2章 分子動力學(xué)方法17-21
• 2.1 引言17
• 2.2 分子動力學(xué)方法17-20
• 2.3 分子動力學(xué)方法的計算流程20
• 2.4 本章小結(jié)20-21
• 第3章 電荷及物理量計算21-27
• 3.1 引言21
• 3.2 原子矩量法21-22
• 3.3 電荷計算流程及結(jié)果展示22-24
• 3.4 物理量計算24-25
• 3.5 本章小結(jié)25-27
• 第4章 碳納米管纖維及其聚乙烯復(fù)合材料的力學(xué)性能27-53
• 4.1 引言27-28
• 4.2 分子動力學(xué)方法28-33
• 4.2.1 勢函數(shù)和參數(shù)28-30
• 4.2.2 分子模型和碳納米管纖維的拔出過程30-33
• 4.3 碳納米管纖維的力學(xué)性能33-40
• 4.3.1 碳納米管纖維自身的界面粘結(jié)強度33-35
• 4.3.2 加捻對碳納米管束界面粘結(jié)強度的影響35-36
• 4.3.3 加捻對碳納米管纖維拉伸強度的影響36-38
• 4.3.4 缺陷對碳納米管纖維拉伸強度的影響38
• 4.3.5 手性指數(shù)對碳納米管纖維自身力學(xué)性能的影響38-40
• 4.4 碳納米管纖維復(fù)合材料界面行為研究40-51
• 4.4.1 碳納米管纖維的軸向變形40-42
• 4.4.2 界面剪切力的傳遞和斷裂機理42-43
• 4.4.3 拔出系統(tǒng)的性質(zhì)43-45
• 4.4.4 界面能、界面剪切力、界面剪切強度和拔出力45-50
• 4.4.5 加捻對碳納米管纖維復(fù)合材料界面粘結(jié)強度的影響50-51
• 4.5 本章小結(jié)51-53
• 第5章 石墨烯/聚乙烯復(fù)合材料的界面行為研究53-67
• 5.1 引言53-54
• 5.2 研究方法54-57
• 5.2.1 石墨烯/聚乙烯復(fù)合材料分析模型54
• 5.2.2 界面裂紋的分子動力學(xué)模擬54-57
• 5.3 結(jié)果與討論57-65
• 5.3.1 對比分析系統(tǒng)的動能58-59
• 5.3.2 對比分析系統(tǒng)的勢能59-61
• 5.3.3 比較分析界面粘結(jié)力61-62
• 5.3.4 比較分析界面剪切強度62-63
• 5.3.5 界面破壞機理63-65
• 5.4 本章小結(jié)65-67
• 第6章 石墨烯力電性能研究67-77
• 6.1 引言67
• 6.2 模擬方法67
• 6.3 結(jié)果與討論67-76
• 6.3.1 電場對石墨烯拉伸力學(xué)性能的影響67-70
• 6.3.2 石墨烯在正反電場作用下的變形70-71
• 6.3.3 電場強度對石墨烯和離子相互作用的影響71-75
• 6.3.4 電場作用時間對石墨烯和離子相互作用的影響75-76
• 6.4 本章小結(jié)76-77
• 結(jié)論77-79
• 參考文獻(xiàn)79-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)成果87-89
• 致謝89

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