基于分子動(dòng)力學(xué)的石墨烯-銅復(fù)合材料機(jī)械特性研究.pdf

1、石墨烯是一種性能極優(yōu)的二維材料，其具有極高的強(qiáng)度、優(yōu)良的熱學(xué)特性與電學(xué)特性，這些特性使得其自2004年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)得到了廣泛的研究。石墨烯作為增強(qiáng)體與金屬基體組成的復(fù)合材料及其強(qiáng)度研究是其中的研究熱點(diǎn)之一。為了從微觀機(jī)理上了解石墨烯作為增強(qiáng)體的作用，本文利用分子動(dòng)力學(xué)模擬的分析方法，對(duì)石墨烯與銅基體組成的復(fù)合材料在不同的載荷類(lèi)型下進(jìn)行機(jī)械特性的研究。
　　首先，建立了銅納米線以及石墨烯與銅基體組成的復(fù)合材料（石墨烯/銅復(fù)合材料）模型

2、并對(duì)其在軸向拉伸載荷下的機(jī)械特性進(jìn)行分析。主要比較了復(fù)合材料和銅納米線的強(qiáng)度以及通過(guò)改變石墨烯的手性與層數(shù)等來(lái)研究這些因素對(duì)于復(fù)合材料強(qiáng)度的影響。分析結(jié)果表明，石墨烯能極大的增強(qiáng)銅基體材料的拉伸強(qiáng)度，石墨烯的手性極大的影響了拉伸強(qiáng)度和屈服應(yīng)變的大小，石墨烯的層數(shù)則對(duì)楊氏模量以及拉伸強(qiáng)度的影響更大。
　　其次，對(duì)銅納米線以及石墨烯/銅復(fù)合材料在彎曲載荷下的機(jī)械響應(yīng)進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯是復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的主導(dǎo)因素，具有不同手性的

3、石墨烯與銅基體組成的復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度有較大的差異，而石墨烯相對(duì)于銅基體的位置不同對(duì)于彎曲強(qiáng)度影響較小。溫度的變化對(duì)于復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度影響效果不顯著，并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的軟化現(xiàn)象。
　　最后，分析了石墨烯/銅復(fù)合材料在軸向壓縮載荷下的屈曲特性并與銅納米線的屈曲特性進(jìn)行比較。與復(fù)合材料的拉伸特性以及彎曲特性相反，在屈曲特性分析中石墨烯并沒(méi)有對(duì)銅基體材料的屈曲強(qiáng)度起到增強(qiáng)作用，相反還有一定程度的減弱。另外，溫度的升高對(duì)屈曲強(qiáng)度的減弱作用較明