石墨烯/环氧树脂复合材料的力学与热学性能模拟

发布时间：2024-02-04 04:25

　　环氧树脂具有良好的粘结性能与化学稳定性,在工程领域具有广泛应用。但是环氧树脂韧性较低、抗冲击性差、热导率低(⁰.2W/mK),这也极大地限制了其在航天航空、电子封装等关键领域的高端应用。通过添加填料对环氧树脂进行改性是提高其强度、导热性能的常用方法。在众多填料中,石墨烯具有独特的二维结构与卓越的物理性能,理论上被认为是一种理想的增强聚合物力学与热学性能的纳米填料。但是,石墨烯/环氧树脂复合材料强度、热导率的实验值远低于预期的理论值。现有研究推测其主要原因可能与石墨烯本体缺陷、石墨烯与环氧树脂的界面力/热学性能有关。由于对上述推测缺乏有效的实验验证方法,影响石墨烯/环氧树脂复合材料力/热性能的机理还并不清晰。为此,本文采用模拟方法对石墨烯本体缺陷、石墨烯与环氧树脂界面性能以及其复合材料的力学与热学性能进行了研究,具体工作与结果如下:首先,建立了含不同缺陷类型/浓度的石墨烯分子模型,研究了温度、应变速率、尺寸以及缺陷对其力学与热学性能的影响。结果表明,石墨烯力学与导热性能会随着温度的升高而降低。通过计算应变速率敏感指数,发现其力学性能沿锯齿形方向比沿扶手椅方向对应变速...

【文章页数】：133 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1（a）石墨烯的高分辨率透射电镜图

石墨烯的高分辨率透射电镜图[26]；（b）石墨烯的原子结构示意图;（c）石墨材料之间的转变过程[25]-1(a)High-resolutionTEMimageofgraphene[26];(b)themolecularmodelofgra(c)transfo....

图1-2通过TEM观察到石墨烯中（a）单空位缺陷[33]

SEM）等手段对石墨烯中的缺陷结构进行观察，如图1-2所示。

图1-3（a）通过纳米压痕测量悬浮石墨烯力学性能示意图

图1-3（a）通过纳米压痕测量悬浮石墨烯力学性能示意图[20]；（b）实验测量[20]与计算[41]得到的力应变曲线对比Fig.1-3(a)Schematicdiagramofmechanicalpropertiesofsuspendedgrapheneme....

图1-4（a）石墨烯热导率测试示意图

1-4（a）石墨烯热导率测试示意图[8]；（b）在硅衬底的沟槽中悬浮的单层石墨烯的SEM观察图Fig.1-4(a)Schematicoftheexperimentalofthermlconductivityingraphenebyoptothermal....

本文编号：3895206