三維石墨烯泡沫的力學(xué)性能

三維石墨烯泡沫的力學(xué)性能

最近，中國科學(xué)院力學(xué)研究所副研究員劉峰與王超合作，提出了一個系統(tǒng)研究三維石墨烯泡沫導(dǎo)電性的理論框架，發(fā)現(xiàn)了該體系中的一種大的導(dǎo)電現(xiàn)象。采用介觀輸運理論和緊束縛模型研究了石墨烯片層間的電導(dǎo)關(guān)系，在第二階段，利用分子動力學(xué)模擬方法研究了三維石墨烯泡沫的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和幾何特征。從平均接觸面積和平均接觸點密度兩個方面對石墨烯泡沫的導(dǎo)電性和電導(dǎo)率進行了理論計算，發(fā)現(xiàn)石墨烯泡沫的導(dǎo)電率很高，即電導(dǎo)率先增大后減小。對石墨烯片晶數(shù)目的研究），進一步揭示了石墨烯片晶現(xiàn)象的物理機制。

眾所周知，在傳統(tǒng)的泡沫材料中，有一個優(yōu)化的泡沫密度，以達到最強的絕熱性能，這是由于固體中的熱傳導(dǎo)和熱輻射之間的競爭。第一次，理論上提出存在一個優(yōu)化層以最大化3的導(dǎo)電性。對石墨烯泡沫材料及其物理機制進行了系統(tǒng)的研究，為優(yōu)化3D石墨烯泡沫的導(dǎo)電性提供理論依據(jù)，促進材料在功能器件中的應(yīng)用。

此外，還分析了三維石墨烯泡沫在變形過程中的導(dǎo)電性，在循環(huán)載荷下，電阻變化趨于穩(wěn)定，并伴有滯后環(huán)，這與實驗結(jié)果定性一致，因為大變形是泡沫材料的一個重要特征。研究大變形下石墨烯泡沫材料的導(dǎo)電性對于應(yīng)變傳感和應(yīng)變控制的實際應(yīng)用具有重要意義。

相關(guān)成果發(fā)表在Simull（F. Liu，C. Wang，Q. Tang，Conductivity Maximum在3D石墨烯泡沫，小2018, 1801458），這項工作是由國家自然科學(xué)基金和B類試點項目的中國科學(xué)院的支持。

圖1。理論框架：（a）1級：石墨烯片間電導(dǎo)的研究；（b）2級：提取出平均接觸面積和平均接觸點密度等幾何特征；（c）理論計算結(jié)果表明，存在最大電導(dǎo)現(xiàn)象。

圖2。三維石墨烯泡沫在外載荷作用下的電阻變化（a）三種石墨烯泡沫在不同應(yīng)變下的結(jié)構(gòu)演變（b）應(yīng)變與應(yīng)變的變化（c）循環(huán)載荷下的電阻變化（d）第七次循環(huán)載荷下應(yīng)變與應(yīng)變的變化。

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