石墨烯和碳納米管彈性性質及尺度效應的研究

《石墨烯和碳納米管彈性性質及尺度效應的研究》是依託華南理工大學，由韓強擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：石墨烯和碳納米管彈性性質及尺度效應的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：韓強
• 依託單位：華南理工大學

項目摘要

提出一種研究石墨烯和碳納米管彈性性質的新的理論模型，揭示不同手性、不同半徑碳納米管中C-C-C鍵角的變化規律，建立碳納米管彈性性質與其C-C-C鍵角的內在關聯，實現石墨烯和碳納米管彈性性質的理論預測，闡釋碳納米管具有彈性模量尺度效應的內在機理，為採用複合材料力學方法研究碳納米管的力學性能奠定重要基礎；提出將碳納米管尺度效應分為彈性模量尺度效應和應力(變形)尺度效應的新思路，對於石墨烯而言，由於其C-C-C夾角為常數，因此，只具有應力(變形)尺度效應，這將進一步完善非局部彈性理論研究石墨烯和碳納米管尺度效應的理論基礎；基於非局部彈性理論，研究石墨烯和碳納米管的應力(變形)尺度效應，提出一種新的理論分析方法，實現對反應應力(變形)尺度效應的小尺度參數的理論預測，揭示應力(變形)小尺度參數的尺度依賴性及其變化規律，解決非局部彈性理論在微納米力學尺度效應研究中存在的關鍵問題。

結題摘要

碳納米管、石墨烯是新型碳納米家族中的重要成員。已有研究表明，它們不僅具有獨特的彈性性質，同時具有明顯的小尺度效應，這些微納結構彈性性質和尺度效應的研究已經成為微納米力學領域重點關注的課題。但是，目前人們對其彈性性質和尺度效應的研究仍有待進一步深入，在問題的某些方面尚未能達成共識，甚至存在相互矛盾。本項目的主要工作有： （1）利用各向異性彈性力學和複合材料力學的基本理論，結合碳納米管中碳-碳-碳鍵角、石墨層等效理論模型，研究碳納米管的彈性性質和彈性模量的尺度效應，建立碳納米管彈性模量與碳-碳-碳鍵角、碳納米管半徑、手性間的內在關聯，揭示碳納米管具有彈性模量尺度效應的內在機理，進行分子動力學模擬，與理論結果對比、分析、驗證。（2）基於非局部彈性理論，研究了石墨烯的應力(變形)尺度效應，提出了一種新的理論分析方法，實現了對反映應力(變形)尺度效應的小尺度參數的理論預測，進行了大量的分子動力學計算，探索小尺度參數與石墨烯尺寸、手性間的相互關係，總結了應力(變形)小尺度參數的變化規律。（3）提出將碳納米管尺度效應分為彈性模量尺度效應和應力(變形)尺度效應的新思路，基於非局部彈性理論，結合碳納米管彈性模量尺度效應的研究成果，系統研究碳納米管的應力(變形)尺度效應，提出一種新的理論分析方法，實現對碳納米管反映應力(變形)尺度效應的小尺度參數的理論預測。