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单层与双层石墨纸的大变形拉伸力学

    图8给出了不同几何参数尽对石墨纸的拉伸强度和断裂应变的影响规律.由图8可看出,无论扶手椅型还是锯齿型石墨纸,其拉伸强度随几何参数尽的增加而增加,而断裂应变随尽的增加而降低.导致以上规律的原因依然可从石墨纸剪纸的变形破坏机制加以解释和理解.几何参数口越大,表示在石墨纸中,重复单元的个数越少,切口所占比例越少,发生面外变形的概率越小,因此,导致强度增加,应变减小.需要指出的是,当口>0.08时,石墨纸的断裂应变甚至低于完美石墨纸的断裂应变,这是因为此时切口较少,可以将其看作线(裂纹)缺陷,导致断裂应变降低.
    图9给出了不同几何参数守对石墨纸的拉伸强度和断裂应变的影响规律由图9可知扶手椅型和锯齿型石墨纸的拉伸强度均随长宽比参数守的增加基本呈线性增加,而断裂应变则单调降低.而当守>4时,守对拉伸强度有重要影响,而断裂应变对守不敏感,趋于完美石墨纸的断裂应变.
    通过以上分析可以得出,为有效提高石墨纸剪纸的延展性,需要增加切口重合高度(增加参数a)增加重复单元数量(降低参数),以及降低长宽比(降低参数的.需要指出的是,由图7、图8和图9可以看出,引入合理切口后,石墨纸的剪切应变可以大幅度提高,但石墨纸的拉伸强度和弹性模量明显降低.因此,如何在不大幅度降低石墨纸强度的条件下,提高石墨纸的延展性仍是值得深入研究的课题之一。
    本文采用分子动力学方法研究了单层与双层石墨纸的大变形拉伸力学行为和变形破坏机制,同时定义了关于剪纸切口图案的3个无量纲几何参数,系统地研究了以上参数对石墨纸的力学性能和变形破坏机制的影响规律.研究发现,通过引入规则切口,可以有效地大幅度提高石墨纸的展性,其断裂应变可达到完美石墨纸的5-6倍,面外变形是石墨纸产生大变形力学行为的主要原因.通过控制3个几何参数,可以有效地调控石墨纸的延展性和力学行为.研究结果表明,古老的剪纸技术为提高二维纳米材料延展性、实现光电纳米器件可延展柔性化提供了一种新途径。www.hbxsmf.net


 

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