柱撑石墨烯结构获得强度,韧性和延展性 2017-02-06 12:16:05

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根据莱斯大学科学家的说法,石墨烯片之间的碳纳米管柱可以在三个维度上形成具有独特的强度,韧性和延展性平衡的混合结构

结点处的五个,七个或八个原子环可以迫使石墨烯起皱

昭赵和雷涛/赖斯大学的插图在一项新发表的研究中,莱斯大学的科学家们发现,在石墨烯片之间放置纳米管柱可以在三维空间内形成具有独特的强度,韧性和延展性平衡的混合结构

碳纳米材料是现在常见的是平板,纳米管和球体,它们被用作混合结构中的构建块,具有独特的电子,热传输和强度特性赖斯团队通过分析块体如何为这种结构奠定理论基础'交汇处影响所需材料的特性米材料科学ist Rouzbeh Shahsavari和校友Navid Sakhavand计算了各种链接,尤其是碳纳米管和石墨烯之间的连接将如何影响最终混合物在所有方向上的性质他们发现,与分层材料相比,引入连接点会增加额外的灵活性,同时保持几乎相同的强度石墨烯他们的结果本周出现在碳纳米管杂志上,是完整的六边形原子卷起的阵列;石墨烯是一种相同的轧制板材两者都是超强的,在传输电子和热量方面表现优异但是当两者结合在一起时,原子排列的方式会影响所有这些属性“一些实验室正在积极尝试制造这些材料或测量单个纳米管和石墨烯片的强度等属性,“Shahsavari说”但我们希望看到发生了什么并定量预测石墨烯和纳米管的混合版本的特性这些混合结构赋予其母体中不存在的新特性和功能

结构 - 石墨烯和纳米管“为​​此,实验室组装了”柱撑石墨烯纳米结构“的三维计算机模型,类似于先前研究中模拟的氮化硼结构,以分析层间的热传递”这次我们感兴趣的是全面了解三维碳材料的弹性和非弹性性能,以测试其机械强度和力学性能变形机制,“Shahsavari说”我们将三维混合结构与二维堆叠石墨烯片和一维碳纳米管的特性进行了比较“石墨烯层状片材在平面内保持其性能,但表现出很小的刚度或热导率他说,从片材到片材,柱撑石墨烯模型显示出更好的强度和刚度,并且平面外延展性提高42%,在应力下变形而不破裂的能力后者允许柱撑石墨烯在外部表现出显着的韧性

Shahsavari表示,平面方向是二维堆叠石墨烯片或一维碳纳米管不可能实现的特征,研究人员计算出原子的固有能量如何迫使六边形将原子带入或丢失到相邻的环上,具体取决于他们如何加入他们的邻居通过强制五个,七个甚至八个原子的环,他们发现他们可以获得一定程度的控制混合动力的机械性能Turni Shahsavari表示,当材料确实发生断裂时,研究人员发现这种情况更有可能发生在8个成员的环上,其中很大一部分用于强化石墨烯片中的皱纹,从而增加了弹性和剪切顺应性

应变集合在受到压力时会产生这样的概念:混合物可以在特定情况下调整失败“这是第一次有人创造出如此全面的原子'透镜'来研究三维碳纳米材料的连接介导特性, “Shahsavari说:”我们相信这些原理可以应用于其他低维材料,如氮化硼和钼/钨或其组合“Shahsavari是稻米大学土木与环境工程和材料科学与纳米工程的助理教授,美国国家科学基金会(NSF),美国国立卫生研究院和IBM共享的大学研究奖表示支持搜索 研究人员使用由威尔肯尼迪信息技术研究所出版的NSF支持的DAVinCI超级计算机:Rouzbeh Shahsavaria和Navid Sakhavand,“交界配置诱导机制控制混合碳纳米材料中的弹性和非弹性变形”,Carbon,第95卷,2015年12月,第699-709页; doi:101016 / jcarbon201508106来源:莱斯大学迈克威廉姆斯