碳納米管-石墨烯混雜復合材料力學增強機理研究.pdf

1、碳納米管作為一種輕質(zhì)、高強度、高模量的準一維材料，具有優(yōu)異的力學性能，作為復合材料的增強相，目前被廣泛用于聚合物基復合材料中。通過利用納米碳管的載荷傳遞特性，碳管/聚合物復合材料可以將載荷轉移到高強度的增強體上，從而實現(xiàn)了復合材料的力學性能的提高。然而，由于碳納米管光滑的碳六環(huán)惰性表面結構，碳納米管與聚合物基體之間的界面作用較弱，形成了弱界面，阻礙了載荷傳遞的的效果與力學性能的增強，不能完全發(fā)揮出納米碳管的增強效果。為改善這一情況，提高

2、增強體與基體之間的界面結合作用，許多學者通過將碳納米管表面改性以及官能化處理等方法來提高二者之間的界面增強效果。此類方法雖然在一定程度上改善了弱界面，提高了界面結合作用，但沒有從增強體、基體的本身結構上進行改進，因此得到的增強效果提高不明顯。本文從納米碳管增強體結構出發(fā)，提出了碳納米管-石墨烯混雜結構增強體模型，運用分子動力學模擬的方法，研究了混雜結構/聚合物復合材料中在軸向載荷下的力學響應以及界面力學增強機理，為納米碳管增強復合材料的

3、研究提供了一種新的研究思路。
　　本文首先圍繞碳納米管-石墨烯混雜結構特點，研究了其結構參數(shù)及其在拉伸載荷下的力學響應。分析了混雜結構力學響應的機制，研究了不同的結構參數(shù)對于混雜結構強度以及力學行為的影響。結果表明，混雜結構由于碳納米管的部分打開強度明顯降低，只有納米碳管強度的1/2；主要在碳納米管與石墨烯的交界區(qū)發(fā)生斷裂，且切開比例、螺旋度的增大明顯降低了結構的強度；隨著開口數(shù)量的增大，混雜結構強度增大并保持在30MPa左右。<

4、br>　　其次，研究了碳納米管-石墨烯混雜結構/聚乙烯復合材料力學增強效果與機理。通過模擬將混雜結構增強體從聚乙烯基體中拔出的過程，研究了混雜結構增強復合材料的力學增強效果；計算結果表明，混雜結構增強體可以明顯提高復合材料強度與韌性，其主要通過增強體結構變形與機械能的增加提高強度與韌性；是碳納米管增強體的3倍與4倍。同時，混雜結構的增強聚合物復合材料的力學性能受結構參數(shù)影響較大，當混雜增強體螺旋度較大、開口數(shù)量較小、開口比例在最優(yōu)區(qū)間、