基于分子动力学模拟的含缺陷石墨烯力学性能的研究

基于分子动力学模拟的方法,研究了空位缺陷的位置、形状以及原子缺失率对石墨烯杨氏模量的影响。研究结果表明,单空位缺陷的位置对石墨烯杨氏模量有一定的影响,当施加应力方向与边缘缺陷的截面方向相同时,边缘缺陷比中间缺陷使得石墨烯的杨氏模量下降更少。研究结果还发现,映射横向长条状缺陷、映射纵向长条状缺陷、映射圆孔状缺陷和随机缺陷都使得石墨烯杨氏模量随着原子缺失率的增大而减小。对于映射圆孔状缺陷和随机缺陷,锯齿型石墨烯杨氏模量减小的幅度与扶手型的减小幅度相差不大。对于映射横向长条状缺陷和映射纵向长条状缺陷,锯齿型和扶手型石墨烯杨氏模量的减小幅度相差较大,这与石墨烯的手性矢量方向和条状缺陷方向是否一致有关。     

手性石墨烯薄膜拉伸力学性能分子动力学研究

基于分子动力学方法,用Tersoff势函数描述碳原子性质,研究了手性取向对石墨烯薄膜拉伸力学性能的影响。通过构建不同手性的石墨烯薄膜模型,在周期性边界条件下采用NVT系综,以变形方式分别对不同手性的石墨烯薄膜施加均匀应变,模拟了拉伸变形条件下手性石墨烯薄膜的破坏过程,得到了相应的应力-应变关系以及拉伸破坏形态。结果表明,不同的手性取向对石墨烯薄膜的杨氏模量影响不明显,拉伸强度随着手性角度的增大先迅速减小再逐渐增大,其拉伸极限应变随着手性角度的增大整体呈减小趋势。     

重离子辐照下石墨烯力学性能的分子动力学研究

利用分子动力学方法研究了不同剂量的碳离子辐照石墨烯产生损伤后对其拉伸力学性能的影响, 包括应力?应变曲线、杨氏模量以及拉伸强度等。入射离子能量为1 keV, 入射剂量分别为2.00×10¹³, 6.01×10¹³, 1.00×10¹⁴ and 2.00×10¹⁴cm^-2。结果表明, 离子辐照后产生了单空位缺陷、双空位缺陷及复杂缺陷等, 这些缺陷对石墨烯的力学性能产生了显著影响, 如剂量为2.00×10¹³cm^-2时, 石墨烯中只存在两个单空位缺陷, 但与完美石墨烯相比, 杨氏模量却从780.19 GPa减小到128.77 GPa, 拉伸强度也从161.81 GPa变为30.85 GPa, 并且缺陷个数越多, 力学性能越差。另外, 对辐照导致样品变形以及断裂的物理机制也进行了讨论。     

石墨烯/聚氨酯纳米复合材料的制备及力学性能研究

采用改进的Hummers法制备出氧化石墨烯(GO),并用苯基异氰酸酯对其功能化,接着将功能化的氧化石墨烯(iGO)与4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)在二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中进行超声混合得到均匀混合液,再将混合液与聚四亚甲基醚二醇(PTMG)、1,4-丁二醇(BD)在DMF溶剂中进行原位聚合制备iGO/热塑性聚氨酯(TPU)纳米复合材料(GO-TPU),同时在相同条件下合成PU以供对比.采用XRD、FT-IR、XPS、Raman光谱、SEM和万能拉伸试验机对GO的功能化效果及GO-TPU的性能进行了表征.结果表明:苯基异氰酸酯成功接枝于GO表面,iGO在TPU基体中分散均匀,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均随GO含量的增加表现为先增大后减小的变化规律,当iGO的质量分数为1%时GO-TPU的拉伸强度和断裂伸长率均为最大值,分别为4.26 MPa和500%,与纯TPU相比,分别提高了127.1%和27.3%.     

不同类型碳化硅制备的BAS/SiC复合材料组织及力学性能的研究

采用放电等离子烧结(SPS)方法在1 800℃制备了不同类型碳化硅(Si C)的BAS/Si C陶瓷基复合材料.采用阿基米德排水法、XRD、SEM及三点弯曲等分析测试手段研究了复合材料的致密度、物相组成、显微结构及室温力学性能.实验结果表明,BAS能有效地促进复合材料的致密化.复合材料中没有发生β-Si C→α-Si C相的转变.Si C晶粒均匀地分散在连续的BAS晶相中,且与BAS之间结合紧密.与以α-Si C为原始粉体制备的复合材料的室温抗弯强度相比,β-Si C为原始粉体制备的复合材料的室温抗弯强度提高13.93%.     

碳纤维增强碳化硅复合材料的力学性能与界面

以A1N和Y2O3为烧结助剂,采用先驱体转化-热压烧结的方法制备了Cf／SiC复合材料．研究了烧结温度对复合材料界面和力学性能的影响及烧结助剂对显微结构的影响．结果表明由于烧结时晶界液相和SiC-A1N固溶体的形成,当烧结温度为1750℃时,复合材料具有较高的致密度和较好的力学性能;当烧结温度升为1800℃时,在复合材料密度增大的同时,其力学性能也大幅度提高,此时复合材料抗弯强度与断裂韧性分别高达691.6MPa和20.7MPa·m1/2,复合材料呈现韧性断裂;进一步提高烧结温度至1850℃时,虽然复合材料的密度有所增加,但由于纤维,基体界面结合过强以及纤维本身性能退化加剧,复合材料呈现典型的脆性断裂,其力学性能急剧降低;纤维／基体的界面是导致纤维增强陶瓷基复合材料性能的关键因素,其中,纤维的脱粘与拔出是主要的增韧因素．     

重离子辐照下石墨烯力学性能的分子动力学研究

利用分子动力学方法研究了不同剂量的碳离子辐照石墨烯产生损伤后对其拉伸力学性能的影响,包括应力应变曲线、杨氏模量以及拉伸强度等。入射离子能量为1 keV,入射剂量分别为2.00×1013,6.01×1013,1.00×1014和2.00×1014cm 2。结果表明,离子辐照后产生了单空位缺陷、双空位缺陷及复杂缺陷等,这些缺陷对石墨烯的力学性能产生了显著影响,如剂量为2.00×1013cm 2时,石墨烯中只存在两个单空位缺陷,但与完美石墨烯相比,杨氏模量却从780.19 GPa减小到128.77 GPa,拉伸强度也从161.81 GPa变为30.85 GPa,并且缺陷个数越多,力学性能越差。另外,对辐照导致样品变形以及断裂的物理机制也进行了讨论。     

碳化硅氧化对硬铝基复合材料力学性能的影响

分析比较了原始态碳化硅颗粒与莫来石纤维混杂增强硬铝和氧化态碳化硅颗粒与莫来石纤维混杂增强硬铝复合材料的微观结构与力学性能。     

碳化硅氧化对硬铝基复合材料力学性能的影响

分析比较了原始态碳化硅颗粒与莫来石纤维混杂增强硬铝和氧化态碳化硅颗粒与莫来石纤维混杂增强硬铝复合材料的微观结构与力学性能．结果发现,后者的弯曲强度明显低于前者,微观分析表明,后者发生界面反应生成脆性化合物并使基体中的时效强化相减少是其强度降低的原因．     

氧化石墨烯增强环氧树脂复合材料的制备及其力学性能研究

以天然石墨为原料,利用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,并对其进行X-射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征。之后利用一种新型的有机溶剂三缩水甘油基对氨基苯酚（TGPAP）作为相转移剂和表面活性剂,将氧化石墨烯（GO）从水溶液转移到环氧树脂基体中,去除水分,加入固化剂进而得到混合液,最后利用浇铸法得到复合材料。通过万能测试拉力机对复合材料的拉伸性能和弯曲性能进行测试,结果表明氧化石墨烯的加入能够有效增强复合材料的力学性能：在添加0.1%（质量分数）的氧化石墨烯时,复合材料拉伸强度达到最大值77.29 MPa,与不添加氧化石墨烯相比提高了26.60%;在添加1.0%的氧化石墨烯时,拉伸模量达到最大值2 451.99 MPa,与纯环氧树脂相比提高了21.69%。     

金属/PET复合材料力学性能的研究

用Instron5565万能强力机对不同金属／PET复合材料在不同温度、不同金属厚度、不同速度下进行力学性能的测试．实验结果发现，温度对金属／PET复合材料的力学性能影响最大．当超过PET玻璃化温度之后金属层对复合材料的初始模量影响显著，并且厚度在6．7μm时，对PET的初始模量贡献最大．拉伸速度增加使材料初始模量和拉伸强度增大但伸长率减小．     

石墨烯力学性能研究新进展

石墨烯是一种新型低维碳材料,具有优异的光学、电学、热学和力学性能,被认为是具有战略意义的新材料,近年来迅速成为材料科学和凝聚态物理等领域最为活跃的研究前沿。本文从研究石墨烯力学性能的实验测试、数值模拟和理论分析方法的三个方面来综述了石墨烯的最新研究进展,阐述了石墨烯的最新应用及发展前景。     

级配碳化硅/环氧树脂复合材料冲蚀性能研究

该文主要研究了碳化硅/环氧树脂复合材料的冲蚀磨损性能,分析了颗粒级配搭配对于复合材料耐冲蚀性能与力学性能的影响,并且讨论了冲蚀磨损机理以及偶联剂对于复合材料体系的作用。为了获得最优的耐冲蚀性能,利用田口法设计了实验,对级配颗粒结构进行了优化。结果表明：级配颗粒搭配具有增加硬质点、提高密度、降低磨损率的作用,当级配体系为70%550μm、30%110μm时,试验固相含量高。耐冲蚀效果较好。     

石墨烯/弹性体纳米复合材料研究进展

石墨烯材料由于其超薄的纳米片层结构,优良的导热、导电功能特性,在弹性体复合材料领域已经取得了众多的应用,并赋予了橡胶复合材料更强的动静态力学性能以及导电导热等功能性。本文从石墨烯的制备开始,重点综述了石墨烯的制备及表面修饰,石墨烯/弹性体制备方法,以及复合材料的各项性能,并阐述了三者之间的相互关联。最后提出了石墨烯/弹性体纳米复合材料领域未来应关注的科学和技术问题。     

PP/TiO2复合材料的力学性能研究

采用熔融共混法制备了PP/TiO2复合材料,并研究了TiO2的表面处理、含量及粒径对复合材料的拉伸强度和缺口冲击强度两大主要力学性能的影响.实验结果表明,钛酸酯类偶联剂能很好地改善TiO2粒子与PP基体的界面相容性,从而使复合材料的力学性能提高;经表面处理后的纳米TiO2所填充复合材料的力学性能明显优于普通TiO2（微米级）;而且处理后的纳米TiO2在填充量为4%时对PP的增强增韧效果最佳.     

石墨烯/聚合物纳米复合材料研究进展

 石墨烯是由单层碳原子通过共价键结合形成的二维片层状结构,是一种新型碳类纳米材料,具有优异的力学、电学和热学等性能,被认为是一种非常有前景的材料,近年来广泛用于改性各种聚合物。本文回顾了石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备方法、性能和应用现状;综述了石墨烯/聚合物纳米复合材料的强度、刚度、韧性、电学和热学等性能的研究进展。主要内容包括石墨烯改性聚合物常见的3种制备方法(溶液共混、熔融共混和原位聚合)及其对石墨烯在聚合物基体中分散性的影响,石墨烯/聚合物纳米复合材料力学性能变化规律与作用机理,石墨烯微观结构等因素对材料热学性能以及导电阈值的影响等;讨论了石墨烯/聚合物纳米复合材料的潜在应用和面临的挑战和机遇,并展望了其低成本产业化的发展前景。     

氧化物结合碳化硅复合材料的研究

通过对氧化物结合碳化硅复合材料中添加的氧化物种类和数量，以及烧结温度、试样尺寸的分析发现：氧化钙的加入有利于试样抗弯强度的提高；氧化硅的质量分数为0.5%时试样抗弯强度最高，达42.3MPa；最高烧结温度为1530℃时试样无晶粒长大现象，抗弯强度较高；试样的强度有明显的尺寸效应，尺寸越大，既试样的有效体积越大，则试样的断裂概率越大，抗弯强度越低。     

钨丝/铜复合材料的力学性能

采用石英管渗流水淬法制备了钨丝/铜复合材料,研究了其力学性能.结果表明,体积分数为60%的钨丝/铜复合材料具有1 185 MPa的拉伸强度和1 340 MPa的压缩强度,压缩时的塑性应变达到6.4%,复合材料存在一定的拉压不对称性.     

基于分子动力学的α-SiO2晶体力学性能

采用分子动力学方法, 结合Tersoff势函数, 模拟α-SiO₂晶体在应变加载下的力学性能, 并考察温度对α-SiO₂力学性能的影响. 结果表明: α-SiO₂在常温加载过程中经历了弹性变形、 塑性变形及断裂变形3个阶段, 获得的屈服强度为22.6 GPa, 断裂强度为36 GPa； 在塑性变形阶段观察到α-SiO₂从晶相向非晶转化的相变过程; 随着温度的升高, α-SiO₂的屈服强度和弹性模量逐渐降低； 温度越高断裂应力和断裂应变越低, α-SiO₂晶体在高温单轴加载下易出现断裂.     

HNS/EP 35 PBXs力学性能的分子动力学模拟

本文应用分子动力学(MD)模拟方法, 研究耐热炸药六硝基茋(HNS)与常用高聚物粘结剂三元乙丙橡胶(EP 35型)所构成的HNS/EP 35高聚物粘结炸药(PBXs)的力学性能随温度和高聚物浓度而变化的规律. 结果表明, 添加高聚物于主体炸药中, 拉伸模量和剪切模量减小, 表明刚性减小, 弹性增大; 为考察温度对力学性能的影响及机理, 在298K~550K范围完成对HNS/EP 35 PBX的MD模拟. 力学分析表明, 随温度增加HNS/EP 35的弹性模量呈抛物线变化规律, 归因于EP 35分子链的运动及其构象随温度的变化.