石墨烯/Al基复合材料界面性质与电子结构的第一性原理研究

发布时间：2021-04-21 07:33

　　石墨烯具有远远高于传统材料的物理及力学性能,且二者完美统一,是理想的增强体材料,已证明其作为增强体能够大幅提升复合材料性能。石墨烯/Al复合材料具备高比强度、优异延展性及良好机加性能,其较于传统Al基复合材料性能有显著改善。目前石墨烯/Al复合材料的试验研究主要在组织表征与性能研究等领域,而对复合材料结合的重点—界面结合机制的研究受石墨烯特点及设备因素制约。第一性原理在复合材料界面结合、成键类型、界面电子结构等领域研究不受材料和仪器限制,弥补了试验的不足。本文采用第一性原理研究了石墨烯/Al复合材料相界面的界面稳定性、能量大小、电子结构。石墨烯/Al复合材料存在石墨烯、Al、Si及4H-SiC相。对多层石墨烯的能量计算结果表明:双层石墨烯以AB型堆垛顺序排列、三层石墨烯以ABA型堆垛顺序排列的总能量较低。对石墨烯的单空位缺陷、双空位缺陷及拓扑缺陷三种缺陷的能量讨论,缺陷类型为拓扑缺陷时,缺陷形成能最小;缺陷的引入能够提高石墨烯的非金属性,同时缺陷对石墨烯起到钉扎作用。对石墨烯/Al复合材料的Al、Si、4H-SiC相的多个低指数表面的表面能计算结果表明,表面能最低的表面分别是Al（11... 

【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

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 石墨烯的研究现状
        1.2.1 石墨烯性质及应用
        1.2.2 石墨烯缺陷
    1.3 石墨烯/金属基复合材料的研究现状
        1.3.1 石墨烯/Mg基复合材料
        1.3.2 石墨烯/Cu基复合材料
        1.3.3 石墨烯/Al基复合材料
    1.4 第一性原理及在复合材料界面中的应用
    1.5 本文主要研究内容
第2章 理论计算方法
    2.1 密度泛函理论
        2.1.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.2 Kohn-Sham方程
        2.1.3 局域密度近似和广义梯度近似
    2.2 赝势和平面波基组
    2.3 k点取样
    2.4 CASTEP计算软件简介
第3章 石墨烯/Al复合材料组成相块体及表面性质
    3.1 石墨烯性质
        3.1.1 理想石墨烯性质
        3.1.2 含缺陷石墨烯性质
    3.2 Al块体及表面性质
        3.2.1 块体模型建立与参数
        3.2.2 结构分析
        3.2.3 表面模型计算与讨论
    3.3 Si块体及表面性质
        3.3.1 块体模型建立与参数
        3.3.2 结构分析
        3.3.3 表面模型计算与讨论
    3.4 4H-SiC块体及表面性质
        3.4.1 块体模型建立与参数
        3.4.2 结构分析
        3.4.3 表面模型计算与结果
    3.5 本章小结
第4章 Mg、Si对Al/石墨烯/Al界面性质的影响
    4.1 Al/石墨烯/Al界面
        4.1.1 Al/单层石墨烯/Al界面
        4.1.2 Al/双层石墨烯/Al界面
        4.1.3 Al/缺陷石墨烯/Al界面
    4.2 掺杂不同浓度Si的Al/石墨烯/Al界面
        4.2.1 掺杂不同浓度Si的Al/单层石墨烯/Al界面
        4.2.2 掺杂不同浓度Si的Al/双层石墨烯/Al界面
    4.3 掺杂不同浓度Mg的Al/石墨烯/Al界面
        4.3.1 掺杂不同浓度Mg的Al/单层石墨烯/Al界面
        4.3.2 掺杂不同浓度Mg的Al/双层石墨烯/Al界面
    4.4 计算结果与讨论
    4.5 本章小结
第5章 石墨烯/Al-20Si中石墨烯与Si及SiC界面性质
    5.1 Si/单层石墨烯/Si界面
        5.1.1 构建界面模型及参数
        5.1.2 结构分析
        5.1.3 界面成键及电子结构
    5.2 4H-SiC/单层石墨烯/4H-SiC界面
        5.2.1 构建界面模型及参数
        5.2.2 结构分析
        5.2.3 界面成键及电子结构
    5.3 Al/石墨烯/Si界面
        5.3.1 Al/单层石墨烯/Si界面
        5.3.2 Al/缺陷石墨烯/Si界面
    5.4 计算结果与讨论
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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硕士论文
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本文编号：3151348