本文關(guān)鍵詞：石墨烯的機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 石墨烯 原子力顯微鏡 納米壓痕 機(jī)械性能 載荷 層數(shù) 溫度

【摘要】：石墨烯因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和各方面優(yōu)異的性能,被認(rèn)為是新一代電子器件中最具應(yīng)用潛力的材料。近年來(lái),關(guān)于石墨烯機(jī)械性能的研究不斷深入,人們已從過(guò)去通過(guò)碳納米管的機(jī)械性能推斷平面石墨烯薄膜的機(jī)械性能發(fā)展到應(yīng)用各種理論模型及實(shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)試這種薄膜材料的機(jī)械特性。但目前由于方法的差異及微觀操作的困難性,其機(jī)械性能尚無(wú)統(tǒng)一定論,且研究結(jié)果也是各有差異。因此,研究石墨烯薄膜材料的機(jī)械性能十分必要,不僅是對(duì)其機(jī)械性能的客觀認(rèn)識(shí),也為其今后在電子信息產(chǎn)品和微／納機(jī)電系統(tǒng)(M/NEMS)等應(yīng)用中提供理論計(jì)算依據(jù),如計(jì)算產(chǎn)品工作性能,預(yù)估使用壽命等。本文總結(jié)了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外應(yīng)用于測(cè)試石墨烯等薄膜材料機(jī)械性質(zhì)的測(cè)試方法,綜合考慮了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室的條件,選取了其中一種最為合適的測(cè)試方法對(duì)石墨烯的機(jī)械性能進(jìn)行了研究。本文基于原子力顯微鏡納米壓痕技術(shù)研究了機(jī)械剝離法制備的石墨烯的機(jī)械性能。研究發(fā)現(xiàn)隨著加載載荷的增加,單層石墨烯的彈性模量(楊氏模量)值呈現(xiàn)三個(gè)階段,不完全彈性變形階段,彈性變形階段,塑性變形階段。第一個(gè)階段是由于石墨烯懸浮在孔上存在的微小褶皺引起的,這一階段薄膜的變形部分是自然拉伸變形,部分是彈性變形,第二個(gè)階段是完全彈性變形,這個(gè)階段所測(cè)得的楊氏模量值呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢(shì),最后變形增加直至破裂。所以第二階段的測(cè)試值可以用來(lái)提取石墨烯彈性模量的真實(shí)值。在對(duì)石墨烯彈性模量的研究中,探究了層數(shù)對(duì)其的影響,結(jié)果表明單層,雙層,四層石墨烯的彈性模量值均趨于一致,即它們有著相同的強(qiáng)度,并與體態(tài)石墨的彈性模量值相近,這揭示了石墨烯層間作用力非常強(qiáng),幾乎不存在層間滑動(dòng)現(xiàn)象。此外,還探究了溫度對(duì)單層石墨烯機(jī)械性能的影響,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高,石墨烯的彈性模量下降,綜合分析了邊界滑動(dòng)的可能性以及小孔內(nèi)空氣的影響,從分子動(dòng)力學(xué)的角度推測(cè)隨著溫度的升高,石墨烯內(nèi)部原子受熱擾動(dòng),材料整體呈現(xiàn)出一種變軟的趨勢(shì)。在對(duì)石墨烯摩擦性能的研究中,主要探究了有基底支撐的單雙層石墨烯的摩擦性能和懸浮狀態(tài)下的單雙層石墨烯的摩擦性能。研究表明有基底支撐的單層石墨烯摩擦力最小,小于有基底支撐的雙層石墨烯和懸浮狀態(tài)下的單雙層石墨烯,而懸浮狀態(tài)下單雙層石墨烯的摩擦力無(wú)明顯差別。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 原子力顯微鏡 納米壓痕 機(jī)械性能 載荷 層數(shù) 溫度
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 石墨烯簡(jiǎn)介10-13
• 1.1.1 石墨烯的發(fā)現(xiàn)與制備方法10-11
• 1.1.2 石墨烯的結(jié)構(gòu)11-12
• 1.1.3 石墨烯的性質(zhì)與應(yīng)用12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外對(duì)石墨烯機(jī)械性能的研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 石墨烯機(jī)械性能研究方法的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 石墨烯機(jī)械性能的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 石墨烯摩擦性能的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 本課題研究?jī)?nèi)容與意義17-18
• 第二章 原子力顯微鏡的原理18-25
• 2.1 原子力顯微鏡的簡(jiǎn)介18-21
• 2.1.1 原子力顯微鏡的工作原理18-19
• 2.1.2 原子力顯微鏡的工作模式19-21
• 2.2 探針簡(jiǎn)介及其參數(shù)校正21-23
• 2.2.1 AFM核心部件—探針21
• 2.2.2 探針的靈敏度校正21-23
• 2.3 本實(shí)驗(yàn)設(shè)備23-25
• 第三章 常溫下彈性模量影響因素及實(shí)驗(yàn)與結(jié)果討論25-44
• 3.1 經(jīng)典薄板理論25-27
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法27-30
• 3.2.1 樣本的制備27-28
• 3.2.2 樣本的表征28-30
• 3.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)處理方法30-32
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程30-31
• 3.3.2 數(shù)據(jù)處理方法31-32
• 3.4 測(cè)試條件對(duì)石墨烯彈性模量的影響32-42
• 3.4.1 壓痕位置點(diǎn)對(duì)彈性模量的影響32-34
• 3.4.2 加載速度對(duì)彈性模量的影響34-36
• 3.4.3 最大加載載荷對(duì)彈性模量的影響36-42
• 3.5 小結(jié)42-44
• 第四章 溫度對(duì)石墨烯彈性模量的影響44-57
• 4.1 實(shí)驗(yàn)方法44-47
• 4.1.1 樣本處理44-45
• 4.1.2 溫度控制方法45
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及注意事項(xiàng)45-47
• 4.2 溫度對(duì)薄層材料彈性模量的影響47-52
• 4.3 層數(shù)對(duì)石墨烯彈性模量的影響52-55
• 4.4 本章小結(jié)55-57
• 第五章 石墨烯的摩擦性能研究57-64
• 5.1 樣本的制備與表征57
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方法57-59
• 5.2.1 粘附力測(cè)量58
• 5.2.2 摩擦力測(cè)量58-59
• 5.3 單雙層石墨烯的摩擦性能59-63
• 5.4 本章小結(jié)63-64
• 第六章 總結(jié)與展望64-66
• 6.1 總結(jié)64-65
• 6.2 展望65-66
• 致謝66-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文71-72
• 附錄72-73

【相似文獻(xiàn)】

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