石墨烯涂层/铝界面性能的分子动力学研究
发布时间：2020-12-05 16:39
自石墨烯被发现以来,其特殊的光学、电学、热学、机械等性能引起了众多研究者广泛的关注。特别是在涂层方面,可以显著提高材料的热学性能、光电性能、防腐性能和抗磨性能。因此,本文采用经典的分子动力学（MD）方法,研究了石墨烯涂层材料的界面行为,其主要研究内容如下:（1）在不同应变率和不同温度下对多层石墨烯进行了MD拉伸模拟,并以此研究了多层石墨烯层间界面性能的拉伸速率和温度效应。研究结果表明,当拉伸应变速率增加,界面强度增强,然而当速率提高到1010s-1后,界面强度基本保持不变。此外,研究还表明,界面强度先随着温度的升高而出现增加,但温度到达350K后,界面强度出现减小的现象,这是由于多层石墨烯的热膨胀系数在不同温度下表现出截然不同的变化趋势。同时基于分子动力学模拟结果,计算了多层石墨烯层间界面内聚力本构关系的界面参数。（2）采用原子尺度分子动力学和有限元（FE）方法,研究了石墨烯涂层和无缺陷铝（GA-perfect）之间的界面性质。模拟结果表明,随着温度逐渐升高,界面拉伸强度逐渐降低,而界面剪切强度随着温度由150 K升高到450 K时,界面的剪...
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
涂层材料在各个领域的运用
模拟了石墨烯在铜不同表面的结合、撕裂和折叠行为，如图 1-4 所示。但是并没有考虑石墨烯与不同单晶表面铜的界面性能。图1-4 石墨烯在不同晶向表面铜的撕裂示意图[14]Kim 等人[15]利用 MD 方法研究了石墨烯在金属/石墨烯复合材料界面中是否有效地阻挡位错传播。郭俊贤等人[16]模拟了石墨烯/铜基体复合材料的弹性性能、变形机制，如图 1-5 所示。目前对石墨烯的研究只是作为一种增强基来使用，并未出现对石墨烯涂层/金属基进行界面性能的研究。
南昌航空大学硕士学位论文 第 1 章 绪论5图1-5 石墨烯/铜复合材料模型示意图[16]尚福林等人[17]使用 MD 模拟裂纹在界面处的扩展，发现了界面的最大应力均达到界面理想强度,还发现了界面能恰好克服界面的内聚能。卓杨等人[18,19]通过MD模拟数据结果，提出了多相材料的界面破坏准则，还与连续介质力学计算结果进行了对比。王晓娟等人[20]通过 MD 方法模拟了 Morse 势和温度对裂纹扩展机理的影响，发现温度对扩展过程中系统的势能、裂纹形貌、原子晶格的变形程度都有显著影响。据此可见，MD 方法可以清晰地观察微观纳米尺度上复合材料界面裂纹的萌生和裂纹扩展的过程。Saether 等人[21]通过等体积内聚力单元(CZVM)模型来描述界面，并且模拟了裂纹沿晶界的不对称扩展，裂纹沿一端的扩展表现出脆性力学性能，沿另一端扩展表现出塑性力学性能。Zhou 等人[22]在混合加载下(单轴拉伸和单轴剪切)采用 MD方法模拟了两相脆性 BCC 材料界面的力学行为,并且得到不同混合加载比下界面应力-张开位移之间的关系，最终获得了拉伸剪切混合内聚力模型。Dandekar 等研究者[23]同样采用 MD 方法模拟了 SiC/Al 复合材料在高应变率下的界面力学性能
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料微观结构的力学性能模拟[J]. 李丽丽,张晓虹,王玉龙,国家辉,张双. 物理学报. 2016(19)
[2]不同温度和应变速率下超细晶铝的力学行为[J]. 汪存显,索涛,李玉龙,谢奎. 中国有色金属学报. 2014(05)
[3]Effect of Graphene Nanoplatelets addition on mechanical properties of pure aluminum using a semi-powder method[J]. Muhammad Rashad,Fusheng Pan,Aitao Tang,Muhammad Asif. Progress in Natural Science:Materials International. 2014(02)
[4]纳米石墨烯复合材料的制备及应用研究进展[J]. 任芳,朱光明,任鹏刚. 复合材料学报. 2014(02)
[5]石墨烯/Cu复合材料力学性能的分子动力学模拟[J]. 郭俊贤,王波,杨振宇. 复合材料学报. 2014(01)
[6]温度对单晶铝裂纹扩展影响的分子动力学模拟[J]. 王晓娟,朱宝全,王红梅. 系统仿真学报. 2010(02)
[7]基于分子动力学模拟结果的界面破坏准则[J]. 卓杨,许金泉. 工程力学. 2008(02)
[8]界面裂纹萌生与扩展的分子动力学模拟[J]. 尚福林,北村隆行. 力学学报. 2007(04)
[9]基于分子动力学的结合材料界面破坏准则[J]. 卓杨,许金泉. 力学季刊. 2007(01)
本文编号：2899756
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
涂层材料在各个领域的运用
模拟了石墨烯在铜不同表面的结合、撕裂和折叠行为，如图 1-4 所示。但是并没有考虑石墨烯与不同单晶表面铜的界面性能。图1-4 石墨烯在不同晶向表面铜的撕裂示意图[14]Kim 等人[15]利用 MD 方法研究了石墨烯在金属/石墨烯复合材料界面中是否有效地阻挡位错传播。郭俊贤等人[16]模拟了石墨烯/铜基体复合材料的弹性性能、变形机制，如图 1-5 所示。目前对石墨烯的研究只是作为一种增强基来使用，并未出现对石墨烯涂层/金属基进行界面性能的研究。
南昌航空大学硕士学位论文 第 1 章 绪论5图1-5 石墨烯/铜复合材料模型示意图[16]尚福林等人[17]使用 MD 模拟裂纹在界面处的扩展，发现了界面的最大应力均达到界面理想强度,还发现了界面能恰好克服界面的内聚能。卓杨等人[18,19]通过MD模拟数据结果，提出了多相材料的界面破坏准则，还与连续介质力学计算结果进行了对比。王晓娟等人[20]通过 MD 方法模拟了 Morse 势和温度对裂纹扩展机理的影响，发现温度对扩展过程中系统的势能、裂纹形貌、原子晶格的变形程度都有显著影响。据此可见，MD 方法可以清晰地观察微观纳米尺度上复合材料界面裂纹的萌生和裂纹扩展的过程。Saether 等人[21]通过等体积内聚力单元(CZVM)模型来描述界面，并且模拟了裂纹沿晶界的不对称扩展，裂纹沿一端的扩展表现出脆性力学性能，沿另一端扩展表现出塑性力学性能。Zhou 等人[22]在混合加载下(单轴拉伸和单轴剪切)采用 MD方法模拟了两相脆性 BCC 材料界面的力学行为,并且得到不同混合加载比下界面应力-张开位移之间的关系，最终获得了拉伸剪切混合内聚力模型。Dandekar 等研究者[23]同样采用 MD 方法模拟了 SiC/Al 复合材料在高应变率下的界面力学性能
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料微观结构的力学性能模拟[J]. 李丽丽,张晓虹,王玉龙,国家辉,张双. 物理学报. 2016(19)
[2]不同温度和应变速率下超细晶铝的力学行为[J]. 汪存显,索涛,李玉龙,谢奎. 中国有色金属学报. 2014(05)
[3]Effect of Graphene Nanoplatelets addition on mechanical properties of pure aluminum using a semi-powder method[J]. Muhammad Rashad,Fusheng Pan,Aitao Tang,Muhammad Asif. Progress in Natural Science:Materials International. 2014(02)
[4]纳米石墨烯复合材料的制备及应用研究进展[J]. 任芳,朱光明,任鹏刚. 复合材料学报. 2014(02)
[5]石墨烯/Cu复合材料力学性能的分子动力学模拟[J]. 郭俊贤,王波,杨振宇. 复合材料学报. 2014(01)
[6]温度对单晶铝裂纹扩展影响的分子动力学模拟[J]. 王晓娟,朱宝全,王红梅. 系统仿真学报. 2010(02)
[7]基于分子动力学模拟结果的界面破坏准则[J]. 卓杨,许金泉. 工程力学. 2008(02)
[8]界面裂纹萌生与扩展的分子动力学模拟[J]. 尚福林,北村隆行. 力学学报. 2007(04)
[9]基于分子动力学的结合材料界面破坏准则[J]. 卓杨,许金泉. 力学季刊. 2007(01)
本文编号：2899756
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