多孔金属材料的结构设计与性能模拟
发布时间：2021-05-05 17:46
多孔金属材料因其独特的多孔结构特征而具备低密度、高比表面积、导热导电等一系列的特殊性能,在催化、传感、燃料电池、药物输送等领域受到了广泛的关注。其中,无序结构的纳米多孔金属（金属气凝胶）常由去合金法制备,而长程有序的金属泡沫常由模板法制备。而近年来随着微纳级增材制造/3D打印技术的发展,使得直接打印具有微纳尺度的拓扑多孔结构成为了可能。将去合金法、模板法和增材制造技术结合起来,给与制备具有结构层次的跨尺度多孔金属材料无限的可能性,此类结构可控、性能可调的结构-功能多孔材料将有望成为能源（如催化和燃料电池）和健康（如组织工程）领域的理想材料。因此,本文将采用计算模拟和实验结合的方式研究实验制备的金属气凝胶和Au泡沫的微观结构与宏观性能的关系,并设计四种拓扑结构,以期指导实验制备具有分级结构的多孔金属材料。本文分为三大部分:（1）针对于金属气凝胶/纳米多孔金属:利用Voronoi tessellation算法构建了近似的金属气凝胶模型,并进行有限体计算模拟分析了其几何参数和力学性能,给出了基于相对密度的尺寸定律;三维重构了去合金法制备的纳米多孔金,并且与另外两种相似CAD模型的几何、力学、...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 多孔金属材料概述
1.2 多孔金属材料的制备
1.2.1 去合金法
1.2.2 模板法
1.2.3 增材制造
1.3 多孔金属材料的仿真计算方法
1.3.1 分子动力学
1.3.2 有限元法
1.3.3 有限体法
1.4 本文研究目的主要研究内容
1.4.1 研究目的
1.4.2 研究内容
第2章 金属气凝胶的性能模拟
2.1 金属气凝胶简介
2.2 金属气凝胶的模型构建
2.2.1 建模方法
2.2.2 几何参数
2.3 金属气凝胶的力学性能模拟
2.3.1 计算方法
2.3.2 压缩曲线
2.3.3 杨氏模量和屈服强度
2.3.4 泊松比
2.4 金属气凝胶的三维重构及性能分析
2.4.1 建模方法
2.4.2 模拟方法
2.4.3 几何参数
2.4.4 力学性能
2.4.5 传导性能
2.4.6 流动性能
2.5 本章小结
第3章 Au泡沫的力学性能模拟
3.1 Au泡沫简介
3.2 Au泡沫的模型构建
3.2.1 建模方法
3.2.2 相对密度
3.2.3 比表面积
3.3 Au泡沫的力学性能模拟
3.3.1 计算方法
3.3.2 力学性能
3.3.3 缺陷的影响
3.4 本章小结
第4章 拓扑结构的设计及力学性能模拟
4.1 三维周期性极小面
4.2 拓扑结构的模型构建
4.3 拓扑结构的几何参数
4.3.1 skeletal-TPMS的几何参数
4.3.2 sheet-TPMS的几何参数
4.4 拓扑结构的力学性能
4.4.1 skeletal-TPMS的力学性能
4.4.2 sheet-TPMS的力学性能
4.5 拓扑结构的单轴压缩实验
4.5.1 3D打印样品制备
4.5.2 单轴压缩实验
4.5.3 尺度定律的应用示例——skeletal-G的力学性能
4.5.4 拓扑结构的优势——skeletal-TPMS和 strut-TPMS的对比
4.6 基于拓扑结构的分级结构的设计
4.7 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Pd-based nanoporous metals for enzyme-free electrochemical glucose sensors[J]. Chun-Lei Yang,Xu-Hai Zhang,Guo Lan,Lu-Yang Chen,Ming-Wei Chen,Yu-Qiao Zeng,Jian-Qing Jiang. Chinese Chemical Letters. 2014(04)
本文编号：3170315
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 多孔金属材料概述
1.2 多孔金属材料的制备
1.2.1 去合金法
1.2.2 模板法
1.2.3 增材制造
1.3 多孔金属材料的仿真计算方法
1.3.1 分子动力学
1.3.2 有限元法
1.3.3 有限体法
1.4 本文研究目的主要研究内容
1.4.1 研究目的
1.4.2 研究内容
第2章 金属气凝胶的性能模拟
2.1 金属气凝胶简介
2.2 金属气凝胶的模型构建
2.2.1 建模方法
2.2.2 几何参数
2.3 金属气凝胶的力学性能模拟
2.3.1 计算方法
2.3.2 压缩曲线
2.3.3 杨氏模量和屈服强度
2.3.4 泊松比
2.4 金属气凝胶的三维重构及性能分析
2.4.1 建模方法
2.4.2 模拟方法
2.4.3 几何参数
2.4.4 力学性能
2.4.5 传导性能
2.4.6 流动性能
2.5 本章小结
第3章 Au泡沫的力学性能模拟
3.1 Au泡沫简介
3.2 Au泡沫的模型构建
3.2.1 建模方法
3.2.2 相对密度
3.2.3 比表面积
3.3 Au泡沫的力学性能模拟
3.3.1 计算方法
3.3.2 力学性能
3.3.3 缺陷的影响
3.4 本章小结
第4章 拓扑结构的设计及力学性能模拟
4.1 三维周期性极小面
4.2 拓扑结构的模型构建
4.3 拓扑结构的几何参数
4.3.1 skeletal-TPMS的几何参数
4.3.2 sheet-TPMS的几何参数
4.4 拓扑结构的力学性能
4.4.1 skeletal-TPMS的力学性能
4.4.2 sheet-TPMS的力学性能
4.5 拓扑结构的单轴压缩实验
4.5.1 3D打印样品制备
4.5.2 单轴压缩实验
4.5.3 尺度定律的应用示例——skeletal-G的力学性能
4.5.4 拓扑结构的优势——skeletal-TPMS和 strut-TPMS的对比
4.6 基于拓扑结构的分级结构的设计
4.7 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Pd-based nanoporous metals for enzyme-free electrochemical glucose sensors[J]. Chun-Lei Yang,Xu-Hai Zhang,Guo Lan,Lu-Yang Chen,Ming-Wei Chen,Yu-Qiao Zeng,Jian-Qing Jiang. Chinese Chemical Letters. 2014(04)
本文编号：3170315
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3170315.html
