基于纳米管的薄膜—基底系统轴压失稳过程与力学机理研究

发布时间：2024-04-26 05:04

　　类似衣袖在手臂上滑动的褶皱失稳过程可被看作是在坚硬的刚性基底上对薄膜进行单轴压缩的模型系统,由于曲率效应,此类模型系统比二维材料在刚性基底上的单轴压缩更为复杂。该模型系统在宏观尺度下已有成熟的研究,通过实验、计算和理论分析等方法探索了刚性圆柱上的软壳薄膜滑动问题,并在此过程中揭示了一种后屈曲现象的变化规律。如今纳米科技逐渐进入了人们的视野,石墨烯与其卷曲而成的碳纳米管等低维纳米材料逐渐被人熟知,纳米材料也因优异的物理性质,吸引了科研工作者极大的关注。本论文以纳米材料构成的薄膜-基底系统为研究对象,应用分子动力学方法,针对纳米管在基底作用下受单轴压缩模型系统所产生的行为展开研究,分析其变形规律及力学机理,提出纳米尺度下的薄膜-基底系统模型、软壳薄膜在基底上单轴压缩时的褶皱失稳过程及非理想化刚性基底在受单轴压缩薄膜径向应力下的变形行为,获得以下研究成果:(1)分析了纳米尺度下软膜-基底系统理想模型发生的平滑-褶皱-成脊-下垂各状态的转换过程及三种状态转换之间临界值的规律。受压过程中,纳米管首先弯曲成褶皱,进一步的压缩后完成褶皱到脊的过渡,当轴向应变增加到第三个临界值时,脊的隆起高度达到其极...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1宏观柱状薄膜基底系统模型(Yangetal.,2018)

的情况。诸如撸起袖子似的不规律软壳变形看似比在桌子上双向压缩纸张复杂，但二者实际上都可被描述为一种在刚性基底上对软膜系统进行单轴压缩的系统。宏观尺度下，二维柔软材料弯曲成管并包裹硬性基底模型已可成功制备，但刚性基底上软膜弯曲大变形的基本机理仍不清楚。Yang等(Yangetal.....

图1-2碳的三种天然同位素(Razeghi,2009)

基于纳米管的薄膜-基底系统轴压失稳过程与力学机理研究41.2纳米材料的种类1.2.1纳米材料的分类纳米材料方面科研活动的大量增加使得一些顶级国际组织开始参与并促进纳米材料的发展。国际标准组织(ISO)有一个关于纳米材料的标准：“具有任何纳米级尺度外部尺寸或内部结构的材料。而纳米尺....

图1-3八种碳的同素异形体：(a)金刚石、(b)石墨、(c)蓝丝黛尔石、(d)C60、(e)C540、(f)C70、(g)非晶碳、(h)单壁碳纳米管Fig.1-3Eightoftheallotropesofpurecarbon:(a)diamond,(b)graphite,(c)lonsdaleite,(d)C60,(e)C540,(f)C70,(g)amorphouscarbon,(h)single-walledcarbonnanotube

基于纳米管的薄膜-基底系统轴压失稳过程与力学机理研究6自然界中找到，已知是陨石撞击地球时其携带的石墨在高温高压条件下形成的，其呈棕黄色、半透明，折射率在2.40到2.41之间，比重在3.2到3.3之间；(d)富勒烯：碳球（下文详细介绍）；(e)非晶碳：密度大、富含sp3杂化的碳原....

图1-4不同类型的碳纳米管Fig.1-4Differenttypesofcarbonnanotubes

基于纳米管的薄膜-基底系统轴压失稳过程与力学机理研究8员打开了新的领域。另外，值得注意的是，这种材料还可被用于生产掺杂碱性金属(M)的M3C60化合物，这也是碳纳米材料的一个重要的突破(Haddonetal.,1991)。正因为有了这些值得探究的状况，许多有关掺杂富勒烯的研究正在....

本文编号：3964751