三维石墨烯基纳米陶瓷复合材料热膨胀特性与力学性能研究
发布时间：2021-08-01 21:10
陶瓷复合材料由陶瓷材料和其他材料组合而成,可以保持不同材料性能的优点,提高单一组成材料的综合性能。陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、质量轻、抗腐蚀等优异性能,同时也具有高脆性、易断裂等缺点,而石墨烯具有优良的力学性能和热学性能,可弥补陶瓷材料力学性能的不足。石墨烯陶瓷复合材料可广泛应用于航空航天、土工建筑、电子通信等领域,应用前景广阔。目前,石墨烯陶瓷复合材料存在成型效果不佳、制备工艺复杂、力学性能不理想等问题,限制了该类材料的进一步应用。本文基于水热合成法,利用三维石墨烯气凝胶为基底,开展了对纳米陶瓷复合材料的可控制备以及力学和热膨胀性能的研究,具体研究内容包括以下三个方面:（1）基于水热合成法,通过调整复合材料制备工艺参数,实现对三维石墨烯基纳米陶瓷复合材料的可控制备,通过微观表征分析制备参数对复合材料微观形貌影响。实验结果表明,钨酸锆（ZrW2O8）前驱体溶液浓度和盐酸（HCl）溶液浓度影响复合材料微观陶瓷层的生长厚度,并在不同HCl溶液浓度下会使晶体生长为颗粒状、棍棒状和针絮状。（2）通过力学性能和热膨胀性能测试,探索制备工艺参数对复合材...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）低温环境下管道冻裂；（b）因温度影响引起的墙体脱落；（c）热膨胀系数不匹配导致塑封器件芯片损伤失效[4]；（d）美国挑战者号航天飞机爆炸
兰州大学硕士学位论文三维石墨烯基纳米陶瓷复合材料热膨胀特性与力学性能研究4图1.2单层石墨烯薄膜的力学性能测试[17]：（a）微栅上沉积石墨烯单层薄片；（b）非接触式石墨烯膜AFM形貌图；（c）纳米压痕测试悬挂石墨烯薄膜示意图；（d）断裂后石墨烯膜AFM形貌图图1.3单层石墨烯导热系数测试[19]在热学方面，2008年，Balandin等人[19]通过实验对悬挂单层石墨烯的相关热循性能进行了测试。如图1.3所示，实验数据表明石墨烯材料导热系数为5800W/（m·K），远高于单壁碳纳米管、金刚石以及铜等金属材料的导热系数。2019年4月，Jiang等人[20,21]发现，当携带有巨大能量的氢原子越过排斥能垒，开始与石墨烯层中的碳原子发生强烈相互作用时，碳原子从sp2杂化变为sp3杂化。如图1.4所示，在sp3杂化系统中，最佳C-C键比sp2杂化系统中更长，所以这种变化导致相邻碳原子发生面内排斥，这种排斥引发面内声波，以声速从撞击部位穿过石墨烯层。当碳原子发生热振动时，由于面内外振动不同，从而增强面外振动振幅，石
兰州大学硕士学位论文三维石墨烯基纳米陶瓷复合材料热膨胀特性与力学性能研究4图1.2单层石墨烯薄膜的力学性能测试[17]：（a）微栅上沉积石墨烯单层薄片；（b）非接触式石墨烯膜AFM形貌图；（c）纳米压痕测试悬挂石墨烯薄膜示意图；（d）断裂后石墨烯膜AFM形貌图图1.3单层石墨烯导热系数测试[19]在热学方面，2008年，Balandin等人[19]通过实验对悬挂单层石墨烯的相关热循性能进行了测试。如图1.3所示，实验数据表明石墨烯材料导热系数为5800W/（m·K），远高于单壁碳纳米管、金刚石以及铜等金属材料的导热系数。2019年4月，Jiang等人[20,21]发现，当携带有巨大能量的氢原子越过排斥能垒，开始与石墨烯层中的碳原子发生强烈相互作用时，碳原子从sp2杂化变为sp3杂化。如图1.4所示，在sp3杂化系统中，最佳C-C键比sp2杂化系统中更长，所以这种变化导致相邻碳原子发生面内排斥，这种排斥引发面内声波，以声速从撞击部位穿过石墨烯层。当碳原子发生热振动时，由于面内外振动不同，从而增强面外振动振幅，石
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印三维石墨烯及其高性能陶瓷基复合材料[J]. 杨金山,黄凯,游潇,董绍明. 中国材料进展. 2018(08)
[2]负热膨胀材料的研究现状及展望[J]. 刁志聪,林伟林. 中国钨业. 2010(02)
[3]负热膨胀材料钨酸锆研究进展[J]. 谢修好,黄承亚. 合成材料老化与应用. 2007(03)
[4]ZrW2O8可控热膨胀系数复合材料的研究进展[J]. 张志萍,刘红飞,程晓农. 材料导报. 2007(S1)
[5]热膨胀系数不匹配导致的塑封器件失效[J]. 张鹏,陈亿裕,刘建. 电子与封装. 2007(04)
[6]水热法合成负热膨胀材料ZrW2O8[J]. 邢奇凤,邢献然,杜凌,于然波,陈骏,邓金侠,罗君. 金属学报. 2005(06)
[7]有限元及软件ANSYS简介[J]. 马奎兴. 水利科技与经济. 2004(03)
博士论文
[1]三维石墨烯基多功能材料可控制备与性能研究[D]. 张强强.哈尔滨工业大学 2016
硕士论文
[1]基于石墨烯薄膜的自发热路面融雪化冰研究[D]. 张宝强.兰州大学 2018
本文编号：3316251
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）低温环境下管道冻裂；（b）因温度影响引起的墙体脱落；（c）热膨胀系数不匹配导致塑封器件芯片损伤失效[4]；（d）美国挑战者号航天飞机爆炸
兰州大学硕士学位论文三维石墨烯基纳米陶瓷复合材料热膨胀特性与力学性能研究4图1.2单层石墨烯薄膜的力学性能测试[17]：（a）微栅上沉积石墨烯单层薄片；（b）非接触式石墨烯膜AFM形貌图；（c）纳米压痕测试悬挂石墨烯薄膜示意图；（d）断裂后石墨烯膜AFM形貌图图1.3单层石墨烯导热系数测试[19]在热学方面，2008年，Balandin等人[19]通过实验对悬挂单层石墨烯的相关热循性能进行了测试。如图1.3所示，实验数据表明石墨烯材料导热系数为5800W/（m·K），远高于单壁碳纳米管、金刚石以及铜等金属材料的导热系数。2019年4月，Jiang等人[20,21]发现，当携带有巨大能量的氢原子越过排斥能垒，开始与石墨烯层中的碳原子发生强烈相互作用时，碳原子从sp2杂化变为sp3杂化。如图1.4所示，在sp3杂化系统中，最佳C-C键比sp2杂化系统中更长，所以这种变化导致相邻碳原子发生面内排斥，这种排斥引发面内声波，以声速从撞击部位穿过石墨烯层。当碳原子发生热振动时，由于面内外振动不同，从而增强面外振动振幅，石
兰州大学硕士学位论文三维石墨烯基纳米陶瓷复合材料热膨胀特性与力学性能研究4图1.2单层石墨烯薄膜的力学性能测试[17]：（a）微栅上沉积石墨烯单层薄片；（b）非接触式石墨烯膜AFM形貌图；（c）纳米压痕测试悬挂石墨烯薄膜示意图；（d）断裂后石墨烯膜AFM形貌图图1.3单层石墨烯导热系数测试[19]在热学方面，2008年，Balandin等人[19]通过实验对悬挂单层石墨烯的相关热循性能进行了测试。如图1.3所示，实验数据表明石墨烯材料导热系数为5800W/（m·K），远高于单壁碳纳米管、金刚石以及铜等金属材料的导热系数。2019年4月，Jiang等人[20,21]发现，当携带有巨大能量的氢原子越过排斥能垒，开始与石墨烯层中的碳原子发生强烈相互作用时，碳原子从sp2杂化变为sp3杂化。如图1.4所示，在sp3杂化系统中，最佳C-C键比sp2杂化系统中更长，所以这种变化导致相邻碳原子发生面内排斥，这种排斥引发面内声波，以声速从撞击部位穿过石墨烯层。当碳原子发生热振动时，由于面内外振动不同，从而增强面外振动振幅，石
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印三维石墨烯及其高性能陶瓷基复合材料[J]. 杨金山,黄凯,游潇,董绍明. 中国材料进展. 2018(08)
[2]负热膨胀材料的研究现状及展望[J]. 刁志聪,林伟林. 中国钨业. 2010(02)
[3]负热膨胀材料钨酸锆研究进展[J]. 谢修好,黄承亚. 合成材料老化与应用. 2007(03)
[4]ZrW2O8可控热膨胀系数复合材料的研究进展[J]. 张志萍,刘红飞,程晓农. 材料导报. 2007(S1)
[5]热膨胀系数不匹配导致的塑封器件失效[J]. 张鹏,陈亿裕,刘建. 电子与封装. 2007(04)
[6]水热法合成负热膨胀材料ZrW2O8[J]. 邢奇凤,邢献然,杜凌,于然波,陈骏,邓金侠,罗君. 金属学报. 2005(06)
[7]有限元及软件ANSYS简介[J]. 马奎兴. 水利科技与经济. 2004(03)
博士论文
[1]三维石墨烯基多功能材料可控制备与性能研究[D]. 张强强.哈尔滨工业大学 2016
硕士论文
[1]基于石墨烯薄膜的自发热路面融雪化冰研究[D]. 张宝强.兰州大学 2018
本文编号：3316251
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