碳納米管及其金屬復(fù)合材料拉伸行為的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、碳納米管(CNTs)作為一維納米材料，具有高模量、高強(qiáng)度及優(yōu)良的綜合性能，是復(fù)合材料的理想增強(qiáng)體。本論文采用經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)方法，結(jié)合AIREBO勢(shì)、Tersoff勢(shì)、EAM勢(shì)、Morse勢(shì)及Lennard-Jones勢(shì)五種勢(shì)函數(shù)分別描述單壁碳納米管(SWCNTs)中的碳-碳原子間相互作用、金屬原子自身相互作用和金屬-碳原子間相互作用，模擬了SWCNTs、納米Al、Cu、Au金屬單晶及SWCNTs植入三種金屬單晶的復(fù)合模型的拉伸變形過程，

2、從原子尺度分析了SWCNTs及SWCNTs/金屬單晶復(fù)合體的變形機(jī)制，研究了SWCNTs的結(jié)構(gòu)對(duì)其力學(xué)性能的影響及SWCNTs的加入對(duì)金屬材料力學(xué)性能的影響。此外還建立了SWCNTs按不同取向植入Al晶界的復(fù)合模型并模擬其趨衡過程，分析了各復(fù)合模型中SWCNTs與金屬的界面結(jié)合。
　　 模擬結(jié)果表明SWCNTs的楊氏模量和其管徑密切相關(guān)，直徑越小，模量越高。SWCNTs的抗拉強(qiáng)度同時(shí)受結(jié)構(gòu)與管徑的影響，扶手椅型管的力學(xué)性能優(yōu)于鋸

3、齒型管。SWCNTs的變形屬于彈性變形機(jī)制，表現(xiàn)為碳原子的六元環(huán)在拉伸方向上的均勻伸長。SWCNTs植入單晶Al、Au、Cu復(fù)合模型的變形機(jī)制為位錯(cuò)滑移變形及孔洞破壞，SWCNTs的植入使單晶金屬的強(qiáng)度提高了十幾倍。
　　 對(duì)各種SWCNT/金屬復(fù)合模型的趨衡模擬結(jié)果表明：SWCNT植入單晶金屬中界面處碳原子與金屬原子表現(xiàn)為較強(qiáng)的斥力作用，SWCNT按不同取向植入Al的大角度晶界時(shí)，界面處碳原子與Al原子分別表現(xiàn)為吸引力或斥力作