自石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來,其特殊的光學、電學、熱學、機械等性能引起了眾多研究者廣泛的關注。特別是在涂層方面,可以顯著提高材料的熱學性能、光電性能、防腐性能和抗磨性能。因此,本文采用經(jīng)典的分子動力學（MD）方法,研究了石墨烯涂層材料的界面行為,其主要研究內容如下:（1）在不同應變率和不同溫度下對多層石墨烯進行了MD拉伸模擬,并以此研究了多層石墨烯層間界面性能的拉伸速率和溫度效應。研究結果表明,當拉伸應變速率增加,界面強度增強,然而當速率提高到10¹⁰s^-1后,界面強度基本保持不變。此外,研究還表明,界面強度先隨著溫度的升高而出現(xiàn)增加,但溫度到達350K后,界面強度出現(xiàn)減小的現(xiàn)象,這是由于多層石墨烯的熱膨脹系數(shù)在不同溫度下表現(xiàn)出截然不同的變化趨勢。同時基于分子動力學模擬結果,計算了多層石墨烯層間界面內聚力本構關系的界面參數(shù)。（2）采用原子尺度分子動力學和有限元（FE）方法,研究了石墨烯涂層和無缺陷鋁（GA-perfect）之間的界面性質。模擬結果表明,隨著溫度逐漸升高,界面拉伸強度逐漸降低,而界面剪切強度隨著溫度由150 K升高到450 K時,界面的剪... 

【文章來源】：南昌航空大學江西省

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

涂層材料在各個領域的運用

模擬了石墨烯在銅不同表面的結合、撕裂和折疊行為，如圖 1-4 所示。但是并沒有考慮石墨烯與不同單晶表面銅的界面性能。圖1-4 石墨烯在不同晶向表面銅的撕裂示意圖[14]Kim 等人[15]利用 MD 方法研究了石墨烯在金屬/石墨烯復合材料界面中是否有效地阻擋位錯傳播。郭俊賢等人[16]模擬了石墨烯/銅基體復合材料的彈性性能、變形機制，如圖 1-5 所示。目前對石墨烯的研究只是作為一種增強基來使用，并未出現(xiàn)對石墨烯涂層/金屬基進行界面性能的研究。

南昌航空大學碩士學位論文 第 1 章 緒論5圖1-5 石墨烯/銅復合材料模型示意圖[16]尚福林等人[17]使用 MD 模擬裂紋在界面處的擴展，發(fā)現(xiàn)了界面的最大應力均達到界面理想強度,還發(fā)現(xiàn)了界面能恰好克服界面的內聚能。卓楊等人[18,19]通過MD模擬數(shù)據(jù)結果，提出了多相材料的界面破壞準則，還與連續(xù)介質力學計算結果進行了對比。王曉娟等人[20]通過 MD 方法模擬了 Morse 勢和溫度對裂紋擴展機理的影響，發(fā)現(xiàn)溫度對擴展過程中系統(tǒng)的勢能、裂紋形貌、原子晶格的變形程度都有顯著影響。據(jù)此可見，MD 方法可以清晰地觀察微觀納米尺度上復合材料界面裂紋的萌生和裂紋擴展的過程。Saether 等人[21]通過等體積內聚力單元(CZVM)模型來描述界面，并且模擬了裂紋沿晶界的不對稱擴展，裂紋沿一端的擴展表現(xiàn)出脆性力學性能，沿另一端擴展表現(xiàn)出塑性力學性能。Zhou 等人[22]在混合加載下(單軸拉伸和單軸剪切)采用 MD方法模擬了兩相脆性 BCC 材料界面的力學行為,并且得到不同混合加載比下界面應力-張開位移之間的關系，最終獲得了拉伸剪切混合內聚力模型。Dandekar 等研究者[23]同樣采用 MD 方法模擬了 SiC/Al 復合材料在高應變率下的界面力學性能

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于聚乙烯/蒙脫土納米復合材料微觀結構的力學性能模擬[J]. 李麗麗,張曉虹,王玉龍,國家輝,張雙.  物理學報. 2016(19)
[2]不同溫度和應變速率下超細晶鋁的力學行為[J]. 汪存顯,索濤,李玉龍,謝奎.  中國有色金屬學報. 2014(05)
[3]Effect of Graphene Nanoplatelets addition on mechanical properties of pure aluminum using a semi-powder method[J]. Muhammad Rashad,Fusheng Pan,Aitao Tang,Muhammad Asif.  Progress in Natural Science:Materials International. 2014(02)
[4]納米石墨烯復合材料的制備及應用研究進展[J]. 任芳,朱光明,任鵬剛.  復合材料學報. 2014(02)
[5]石墨烯/Cu復合材料力學性能的分子動力學模擬[J]. 郭俊賢,王波,楊振宇.  復合材料學報. 2014(01)
[6]溫度對單晶鋁裂紋擴展影響的分子動力學模擬[J]. 王曉娟,朱寶全,王紅梅.  系統(tǒng)仿真學報. 2010(02)
[7]基于分子動力學模擬結果的界面破壞準則[J]. 卓楊,許金泉.  工程力學. 2008(02)
[8]界面裂紋萌生與擴展的分子動力學模擬[J]. 尚福林,北村隆行.  力學學報. 2007(04)
[9]基于分子動力學的結合材料界面破壞準則[J]. 卓楊,許金泉.  力學季刊. 2007(01)



本文編號：2899756