3D打印石墨烯超材料结构化设计与性能研究

发布时间：2023-01-15 21:32

　　石墨烯优良的力、电、热学特性赋予其在新型超材料领域广阔的应用前景。基于“增材制造”原理的3D打印石墨烯气凝胶,由于精确的多尺度结构剪裁和可控的几何形态设计,使石墨烯优异本征属性在宏观尺度具有多功能化的应用。同时,通过多尺度结构化设计,可实现性能的可控调变和改性优化。这对推动石墨烯在防护材料、电子器件、智能传感和功能材料等多个领域的应用具有重要意义。本论文通过开展基于直接书写式的3D打印石墨烯超材料研究,打印制备具有可调谐负泊松比效应的三维石墨烯超材料结构（内凹四边形、内凹六边形、手性结构）。并结合有限元建模分析,揭示结构多尺度特征对材料负泊松比变形行为的影响规律和力学性能的调控机理。此外,本文探索了高分子材料柔性封装后三维石墨烯基材料的力学行为及力电响应特性。本文具体研究内容如下:首先,基于氧化石墨烯前驱体溶液直接书写式3D打印方法,实现了具有可调谐负泊松比效应3D打印石墨烯超材料的多尺度可控构筑。实验结果表明,当出墨速率保持为80~90μL/min时,3D打印石墨烯超材料具有较好的成型精度。当氧化石墨烯溶液浓度在8~10 mg/mL范围时,制备得到的3D打印石墨烯超材料具有良好的大压... 

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 具有负泊松比现象的结构
        1.2.2 石墨烯
        1.2.3 石墨烯3D打印可控制备
    1.3 课题来源和主要研究内容
第二章 3D打印石墨烯材料的可控制备与表征
    2.1 引言
    2.2 3D打印系统设置
    2.3 3D打印石墨烯成型技术
        2.3.1 GO前驱体喷墨溶液制备
        2.3.2 3D打印设置和材料制备
    2.4 3D打印石墨烯柔性封装
    2.5 3D打印石墨烯材料表征
    2.6 本章小结
第三章 3D打印石墨烯材料结构设计与性能研究
    3.1 引言
    3.2 内凹结构与手性结构的设计与力学模拟
    3.3 几何结构参数对3DGA力学性能的影响
        3.3.1 曲线内凹四边形结构3DGA力学性能
        3.3.2 手性结构3DGA力学性能
    3.4 氧化石墨烯前驱体浓度对3DGA力学性能影响
    3.5 本章小结
第四章 3D打印石墨烯/PDMS复合材料结构设计与性能研究
    4.1 引言
    4.2 结构形式对3DGA/PDMS力学性能的影响
        4.2.1 曲线内凹四边形结构3DGA/PDMS力学性能
        4.2.2 内凹六边形结构3DGA/PDMS力学性能
        4.2.3 手性结构3DGA/PDMS力学性能
    4.3 PDMS浓度对3DGA/PDMS力学及电学性能影响
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 研究展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]负泊松比材料和结构的研究进展[J]. 任鑫,张相玉,谢亿民.  力学学报. 2019(03)
[2]3D打印石墨烯基功能材料的研究进展[J]. 王玉,张靖翔,张宝强,赵可人,王卓越,沈沅樽,张强强.  中国材料进展. 2018(08)
[3]负泊松比超材料研究进展[J]. 于靖军,谢岩,裴旭.  机械工程学报. 2018(13)
[4]Elastic properties of chiral, anti-chiral, and hierarchical honeycombs:A simple energy-based approach[J]. Davood Mousanezhad,Babak Haghpanah,Ranajay Ghosh,Abdel Magid Hamouda,Hamid Nayeb-Hashemi,Ashkan Vaziri.  Theoretical ＆ Applied Mechanics Letters. 2016(02)
[5]3D打印材料及研究热点[J]. 孙聚杰.  丝网印刷. 2013(12)
[6]气凝胶研究进展[J]. 秦国彤,门薇薇,魏微,李大鹏.  材料科学与工程学报. 2005(02)

硕士论文
[1]石墨烯智能材料3D打印可控制备与传感特性研究[D]. 王玉.兰州大学 2019
[2]石墨烯剪纸的拉胀性以及力学性质的研究[D]. 郝晓丽.西北农林科技大学 2018



本文编号：3731510