碳纳米管/石墨烯界面剪切失效分子模拟研究

发布时间：2021-01-18 14:52

　　碳纳米管和石墨烯具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、高导电性等一系列优异性能,已经开始应用于复合材料、电子器件、储能等领域。碳纳米管/石墨烯多尺度复合材料在保持优异力、电、热学性质的同时,使一维碳纳米管和二维石墨烯扩展到三维复合材料。但是碳纳米管/石墨烯多尺度复合材料并未得到各个领域的广泛应用,部分原因在于其界面粘结的不稳定性,经常会出现碳纳米管与石墨烯表面的脱粘现象,也就是界面失效。碳纳米管/石墨烯多尺度复合材料的失效模式问题已经引起了众多学者的关注,包括界面剥离失效和界面剪切失效。对于剥离失效,已经通过分子模拟、实验等方法进行了深入研究,然而却鲜有文献报道碳纳米管/石墨烯界面剪切失效问题。为了进一步揭示碳纳米管/石墨烯界面剪切失效机制,本文运用分子动力学模拟对这一机制进行了深入讨论,主要包括以下几个方面工作:采用分子动力学方法研究了范德华力作用下碳纳米管/石墨烯界面剪切失效行为,并考察了石墨烯尺寸、碳纳米管壁数和石墨烯层数对剪切行为的影响。随着剪切位移的增加,剪切力呈周期性变化,并且碳纳米管壁数会影响剪切力-位移曲线的周期性,石墨烯层数对周期性不产生影响;临界失效剪切力出现在剪... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景目的及意义
    1.2 碳纳米管和石墨烯力学性能研究
        1.2.1 碳纳米管力学性能研究
        1.2.2 石墨烯力学性能研究
    1.3 碳纳米管/石墨烯多尺度复合材料制备工艺研究进展
    1.4 碳纳米管/石墨烯多尺度复合材料失效机理研究进展
        1.4.1 碳纳米管与基体剥离失效
        1.4.2 碳纳米管与基体之间的剪切失效
    1.5 研究内容
第2章 计算方法
    2.1 分子模拟简介
    2.2 分子动力学模拟原理
        2.2.1 分子动力学运动方程
        2.2.2 数值积分法
        2.2.3 周期性边界条件
    2.3 分子动力学模拟基本概念
        2.3.1 势函数
        2.3.2 系综
    2.4 分子动力学模拟基本步骤
    2.5 软件的选择
    2.6 本章总结
第3章 碳纳米管/未官能化石墨烯界面剪切机理研究
    3.1 碳纳米管/石墨烯界面模型
        3.1.1 建立模型
        3.1.2 分子动力学参数选择
    3.2 石墨烯尺寸对剪切力学行为的影响
        3.2.1 模型参数
        3.2.2 石墨烯尺寸对碳纳米管/石墨烯界面搭接结构形态的影响
        3.2.3 碳纳米管/石墨烯界面剪切行为
        3.2.4 石墨烯纵向尺寸H尺寸对临界失效剪切力的影响
    3.3 碳纳米管壁数对剪切力学行为的影响
        3.3.1 模型参数
        3.3.2 碳纳米管壁数对剪切力-位移曲线的影响
        3.3.3 碳纳米管壁数对临界失效剪切力的影响
    3.4 石墨烯层数对剪切力学行为的影响
        3.4.1 模型参数
        3.4.2 石墨烯层数对碳纳米管/石墨烯界面搭接结构形态的影响
        3.4.3 石墨烯层数对剪切力周期的影响
        3.4.4 石墨烯层数对临界失效剪切力的影响
    3.5 本章小结
第4章 碳纳米管/官能化石墨烯界面剪切机理研究
    4.1 碳纳米管/氢化石墨烯界面模型的建立
        4.1.1 初始模型的构建
        4.1.2 参数的选择
    4.2 氢原子含量对剪切力学行为的影响
        4.2.1 氢原子对碳纳米管/氢化石墨烯界面搭接结构形态的影响
        4.2.2 碳纳米管/氢化石墨烯剪切力-位移曲线
        4.2.3 氢原子含量对临界失效剪切力的影响
    4.3 碳纳米管/氧化石墨烯模型的建立
        4.3.1 建立模型
        4.3.2 参数选择
    4.4 石墨烯被氧化比例对剪切力学行为的影响
        4.4.1 官能团对碳纳米管/氧化石墨烯界面搭接结构形态的影响
        4.4.2 碳纳米管/氧化石墨烯剪切力-位移曲线
        4.4.3 碳纳米管/氧化石墨烯界面临界失效剪切力
    4.5 环氧基和羟基比例对剪切力学行为的影响
        4.5.1 碳纳米管/石墨烯界面剪切力-位移曲线
        4.5.2 碳纳米管/氧化石墨烯界面临界失效剪切力
    4.6 石墨烯被氧化比例和官能团比例对剪切力影响综合分析
    4.7 C-C共价键对剪切力学行为的影响
        4.7.1 模型参数
        4.7.2 C-C共价键对碳纳米管/石墨烯界面搭接结构形态的影响
        4.7.3 C-C共价键连接下剪切力-位移曲线
        4.7.4 C-C共价键个数对临界失效剪切力影响
        4.7.5 碳纳米管/石墨烯搭接界面结构破坏
    4.8 本章总结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯/碳纳米管复合材料的制备及应用进展[J]. 赵冬梅,李振伟,刘领弟,张艳红,任德财,李坚.  化学学报. 2014(02)
[2]碳纳米管从硅基板上剥离的拉伸分子动力学模拟研究[J]. 彭德锋,江五贵,彭川.  物理学报. 2012(14)
[3]石墨烯力学性能研究进展[J]. 韩同伟,贺鹏飞,骆英,张小燕.  力学进展. 2011(03)
[4]石墨烯研究进展[J]. 徐秀娟,秦金贵,李振.  化学进展. 2009(12)
[5]碳纳米管及其研究进展[J]. 刘治,陈晓红,宋怀河.  化工新型材料. 2002(04)

博士论文
[1]碳纳米管和石墨烯的制备及应用研究[D]. 胡晓阳.郑州大学 2013



本文编号：2985141