熱力耦合作用下石墨烯力學特性的研究

《熱力耦合作用下石墨烯力學特性的研究》是依託東南大學，由陳堅擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：熱力耦合作用下石墨烯力學特性的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳堅
• 依託單位：東南大學

中文摘要

石墨烯具有極其優異的力學性能，如彈性模量達到1Ta、斷裂強度接近理論強度值，可套用於納米機電系統、質量感測膜和柔性電子系統等領域。但由於缺乏有效的測試手段，對二維尺度石墨烯力學性質的表征局限在常溫狀態。分子動力學計算結果顯示：溫度改變將導致其力學性能的顯著變化。隨著石墨烯在越來越多領域顯示出廣泛的套用價值，如電子、能源和材料等，準確評價其在非常溫條件下的力學特性顯得尤為重要。本項目擬採用新型非常溫納米壓痕儀系統地研究熱力耦合條件下（低溫段：-15oC至室溫；高溫段：室溫至500oC）石墨烯力學特性，包括彈性模量，斷裂強度及本構關係；基於連續介質力學建立相關理論模型；探討納米尺度材料可能具有的異常物理現象及其本徵特性；研發相應的薄膜材料力學性能測試新方法和新技術。最終研究結果有望揭示石墨烯在熱力耦合條件下的力學特性和失效規律，為其在非常溫環境下的套用提供力學實驗數據和理論基礎。

結題摘要

中文摘要(對項目的背景、主要研究內容、重要結果、關鍵數據及其科學意義等做簡單概述，1000字以內)：分別採用化學氣相法（CVD）在銅箔上生長高質量石墨烯和化學法製備氧化石墨烯（GO），結合儀器化納米壓痕儀和AFM納米壓入法系統研究其力學行為和相關規律，建立相關物理模型。針對CVD生長單/多晶石墨烯的特有力學回響，評價其本徵力學性能。通過載荷-位移曲線中不同區域特有的跳躍（pop-in）現象，揭示CVD多晶石墨烯自下而上生長機制。探討溫升條件下，CVD單/多晶石墨烯晶疇的力學回響變化。對石墨烯的化學氣相生長機制和熱力耦合條件下性能分析提供參考和理論支持。針對GO及其納米複合材料，系統研究了溫度對其成分、鍵合、顯微結構、巨觀力學性能和納米力學性能的關聯性。為加深對石墨烯材料的理解、設計和開發石墨烯增強聚合物複合材料理論支持和參考。此外，開發新型氧化石墨烯還原和多元摻雜工藝。本項目的完成，不僅對揭示石墨烯材料的形成機理，單/多晶石墨烯納米力學性能，以及在熱、力耦合條件下特有行為，而且對發展高性能石墨烯材料和拓寬其套用範圍，有著重要的意義。