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文檔簡介
1、石墨烯具有獨特的性能和廣泛的應(yīng)用前景,這使得其成為材料和凝聚態(tài)領(lǐng)域的研究熱點,并引起工業(yè)界極大的關(guān)注。但是,在石墨烯的制備、轉(zhuǎn)移及應(yīng)用的過程中存在很多與石墨烯力學(xué)特性相關(guān)的重要科學(xué)與工程問題亟待解決,所以對石墨烯力學(xué)特性的深入研究能夠有效地促進(jìn)石墨烯基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)步與發(fā)展。為此,本文主要采用納米壓痕、納米劃痕和拉曼變溫實驗,以及相應(yīng)的分子動力學(xué)模擬手段,研究了石墨烯及石墨烯/襯底體系的力學(xué)性能,其主要研究內(nèi)容和成果如下:
2、 在介紹分子動力學(xué)模擬方法的基礎(chǔ)之上,系統(tǒng)地研究了溫度、缺陷、應(yīng)變率等因素對石墨烯拉伸力學(xué)性能(極限強(qiáng)度、極限應(yīng)變和彈性模量)的影響。隨著溫度的升高,石墨烯的力學(xué)性能指標(biāo)都會減?。蝗毕莸拇嬖谑沟檬┑臉O限強(qiáng)度和極限應(yīng)變顯著減??;高應(yīng)變率會使石墨烯的力學(xué)性能指標(biāo)增大;氫化石墨烯的力學(xué)性能明顯低于石墨烯的力學(xué)性能。
系統(tǒng)地研究了懸浮石墨烯的納米壓痕力學(xué)特性,重點考慮了溫度、加載速率、缺陷、石墨烯半徑和壓頭半徑等因素對其力學(xué)性能的
3、影響規(guī)律和機(jī)理,并研究了石墨烯AFM實驗中出現(xiàn)的Sink-in現(xiàn)象及其之后的納米壓痕力學(xué)特征,表明石墨烯和襯底界面間有很強(qiáng)的范德華力作用,其足以避免石墨烯在壓痕過程中發(fā)生滑移,保證了懸浮石墨烯的固支邊界條件;在懸浮石墨烯的基礎(chǔ)之上,研究了石墨烯/銅箔襯底體系的納米壓痕特性,表明石墨烯能夠極大地擴(kuò)展銅箔襯底的彈性接觸范圍,有效地增加其法向承載力,對銅箔的力學(xué)特性具有顯著的增強(qiáng)作用;通過對石墨烯/銅箔襯底系統(tǒng)的納米壓痕實驗研究,發(fā)現(xiàn)了壓痕曲
4、線的荷載驟降現(xiàn)象以及連續(xù)嚴(yán)重波動現(xiàn)象,實驗證明了石墨烯的存在對銅箔表面的納米壓痕力學(xué)行為有顯著的影響。
研究了懸浮石墨烯的基本納米摩擦力學(xué)性能特征,并在此基礎(chǔ)之上著重研究了單層、雙層、三層石墨烯/銅箔襯底體系的納米摩擦力學(xué)特性,表明石墨烯的存在增強(qiáng)了銅箔的表面接觸剛度,擴(kuò)大了低摩擦力的范圍,且摩擦力主要與壓入深度有很大的依賴關(guān)系而與石墨烯的層數(shù)關(guān)系很??;石墨烯/銅箔體系的納米摩擦實驗結(jié)果表明石墨烯能夠有效地降低金屬銅箔表面的摩
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