【摘要】：作為一種新型的碳納米材料,氧化石墨烯片層可作為構(gòu)筑單元組裝得到宏觀薄膜材料,與同類薄膜材料(如巴基紙、石墨紙等)相比具有更優(yōu)異的力學(xué)性能。由于尺寸效應(yīng)的影響,微/納米級別薄膜材料的力學(xué)行為和性能往往不同于其對應(yīng)的宏觀材料,因此有必要對微/納米厚度的氧化石墨烯薄膜力學(xué)性能和服役環(huán)境等問題做進(jìn)一步研究。薄膜微橋法是一種測量薄膜力學(xué)性能的表征方法,采用適當(dāng)?shù)奈蜃冃文Ｐ湍塬@得更精確的力學(xué)參數(shù),因此有必要對微/納米厚度的氧化石墨烯薄膜微橋變形行為做進(jìn)一步研究。本文重點(diǎn)運(yùn)用微橋測試方法研究了厚度在100-400納米氧化石墨烯薄膜的自增強(qiáng)現(xiàn)象,非局部彈性理論與表面效應(yīng)對微橋彎曲變形的影響,研究也涉及扶手椅型二硫化鉬納米帶的尺寸效應(yīng)(附錄C),獲得如下結(jié)果:(1)基于板殼理論,建立了同時(shí)測量柔性薄膜楊氏模量和殘余應(yīng)力的微橋模型,該模型適用于測量撓度遠(yuǎn)大于厚度的微橋變形情況;結(jié)合不同的微橋模型發(fā)現(xiàn)目前測量條件下基底變形和殘余變形對氧化石墨烯薄膜力學(xué)性能影響很小;基于氧化石墨烯薄膜的特殊層狀結(jié)構(gòu),結(jié)合拉伸剪切模型,解釋了氧化石墨烯薄膜的有效楊氏模量隨單層面積變化這一現(xiàn)象,并擬合出層間的剪切模量。(2)制備了厚度在100-400納米的氧化石墨烯薄膜微橋樣品;對微橋的連續(xù)加載實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,氧化石墨烯薄膜存在自增強(qiáng)現(xiàn)象,即楊氏模量隨加載次數(shù)增大逐漸增大,產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因是加載后氧化石墨烯薄膜取向的優(yōu)化;氧化石墨烯薄膜微橋變溫循環(huán)加載的結(jié)果表明溫度在一定范圍內(nèi)升高,楊氏模量逐漸增大,但溫度升高對自增強(qiáng)現(xiàn)象的影響逐漸降低;隨著微橋厚度的減小,氧化石墨烯薄膜的楊氏模量逐漸增大,自增強(qiáng)現(xiàn)象越來越顯著,自增強(qiáng)模量逐漸增大。(3)基于經(jīng)典的歐拉梁彎曲變形理論,得到了不同邊界條件下包含表面效應(yīng),非局部彈性效應(yīng)及兩者耦合效應(yīng)的解析解;非局部理論、表面效應(yīng)以及它們的耦合效應(yīng)對納米尺度微橋的彎曲變形都存在一定的影響,在不同邊界條件下相對于經(jīng)典梁變形造成一定軟化或硬化或者不變的現(xiàn)象。(4)通過第一原理計(jì)算研究了扶手椅型二硫化鉬納米帶棱的效應(yīng)對力學(xué)性能的影響。二硫化鉬納米帶長度方向的初始應(yīng)變隨寬度的增大而增大,厚度方向的初始應(yīng)變隨著寬度增大而減小;表面原子的起伏會隨著帶寬的增大而升高;名義楊氏模量隨著納米帶寬度的增大而增大;納米帶寬度方向的名義泊松比隨寬度的增大而減小,厚度方向的名義泊松比隨寬度的增大而增加;二硫化鉬納米帶力學(xué)性能周期性變化的現(xiàn)象不明顯。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.2;TQ127.11

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本文編號：2515143