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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

首頁 > 科研進(jìn)展

交聯(lián)對(duì)碳管網(wǎng)絡(luò)材料大變形力學(xué)行為的調(diào)控機(jī)理研究獲進(jìn)展

2020-01-10 力學(xué)研究所

【字體：大中小】

語音播報(bào)

　　中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所團(tuán)隊(duì)建立了考慮碳納米管斷裂的碳管網(wǎng)絡(luò)材料模型，通過大規(guī)模粗?；肿觿?dòng)力學(xué)模擬，對(duì)其在單軸拉伸、壓縮載荷下的大變形以及斷裂行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)在拉伸載荷下，網(wǎng)絡(luò)材料的變形模式由交聯(lián)密度決定，且存在一臨界交聯(lián)密度值ρ_c1，當(dāng)ρ < ρ_c1，網(wǎng)絡(luò)材料的變形以碳管的彎曲變形為主；當(dāng)ρ> ρ_c1，網(wǎng)絡(luò)材料的變形模式又與拉伸應(yīng)變高度相關(guān)，呈現(xiàn)出彎曲-拉伸-彎曲三階段主導(dǎo)模式，即隨著拉伸應(yīng)變的增大，變形模式從碳管彎曲主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)樘脊芾熘鲗?dǎo)，在更大的拉伸應(yīng)變下，由于局部斷鍵，又轉(zhuǎn)變?yōu)樘脊軓澢鲗?dǎo)。而在壓縮載荷下，網(wǎng)絡(luò)材料的變形模式與交聯(lián)密度和壓縮應(yīng)變均不相關(guān)，始終以碳管彎曲為主。進(jìn)一步，研究發(fā)現(xiàn)存在另一臨界交聯(lián)密度值ρ_c2，使得碳管網(wǎng)絡(luò)材料從韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?。該?xiàng)研究可以為碳管網(wǎng)絡(luò)這一新型納米多孔材料的廣泛應(yīng)用提供一定的科學(xué)指導(dǎo)。

　　相關(guān)結(jié)果以Crosslink-tuned large-deformation behavior and fracture mode in buckypapers 為標(biāo)題發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Carbon（Carbon. 2020(159). 421-421），力學(xué)所博士生楊田為論文第一作者，副研究員王超、研究員武作兵為共同通訊作者。該項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的資助，計(jì)算模擬由呂梁超算中心提供支持。

　　文章鏈接

圖片說明：（左圖）拉伸作用下交聯(lián)密度ρ對(duì)主導(dǎo)變形模式的影響；（右圖）交聯(lián)調(diào)控材料的韌脆轉(zhuǎn)變，其中紅色為交聯(lián)。

　　碳管網(wǎng)絡(luò)材料是由大量碳納米管堆積而成的一種新型納米多孔材料，具有極大的孔隙度、良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電以及出色的力學(xué)性能，在儲(chǔ)能、過濾、先進(jìn)復(fù)合材料等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。為了提升和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)材料的性能，材料學(xué)家常常在相鄰碳管之間引入交聯(lián)（crosslinks）來增強(qiáng)碳管間的界面強(qiáng)度，進(jìn)而提升和調(diào)控碳管網(wǎng)絡(luò)材料的宏觀性能。因此，交聯(lián)對(duì)碳管網(wǎng)絡(luò)材料的變形模式和斷裂行為的影響就是該領(lǐng)域一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題。
　　中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所團(tuán)隊(duì)建立了考慮碳納米管斷裂的碳管網(wǎng)絡(luò)材料模型，通過大規(guī)模粗?；肿觿?dòng)力學(xué)模擬，對(duì)其在單軸拉伸、壓縮載荷下的大變形以及斷裂行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)在拉伸載荷下，網(wǎng)絡(luò)材料的變形模式由交聯(lián)密度決定，且存在一臨界交聯(lián)密度值ρc1，當(dāng)ρ < ρc1，網(wǎng)絡(luò)材料的變形以碳管的彎曲變形為主；當(dāng)ρ> ρc1，網(wǎng)絡(luò)材料的變形模式又與拉伸應(yīng)變高度相關(guān)，呈現(xiàn)出彎曲-拉伸-彎曲三階段主導(dǎo)模式，即隨著拉伸應(yīng)變的增大，變形模式從碳管彎曲主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)樘脊芾熘鲗?dǎo)，在更大的拉伸應(yīng)變下，由于局部斷鍵，又轉(zhuǎn)變?yōu)樘脊軓澢鲗?dǎo)。而在壓縮載荷下，網(wǎng)絡(luò)材料的變形模式與交聯(lián)密度和壓縮應(yīng)變均不相關(guān)，始終以碳管彎曲為主。進(jìn)一步，研究發(fā)現(xiàn)存在另一臨界交聯(lián)密度值ρc2，使得碳管網(wǎng)絡(luò)材料從韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?。該?xiàng)研究可以為碳管網(wǎng)絡(luò)這一新型納米多孔材料的廣泛應(yīng)用提供一定的科學(xué)指導(dǎo)。
　　相關(guān)結(jié)果以Crosslink-tuned large-deformation behavior and fracture mode in buckypapers 為標(biāo)題發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Carbon（Carbon. 2020(159). 421-421），力學(xué)所博士生楊田為論文第一作者，副研究員王超、研究員武作兵為共同通訊作者。該項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的資助，計(jì)算模擬由呂梁超算中心提供支持。
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　　圖片說明：（左圖）拉伸作用下交聯(lián)密度ρ對(duì)主導(dǎo)變形模式的影響；（右圖）交聯(lián)調(diào)控材料的韌脆轉(zhuǎn)變，其中紅色為交聯(lián)。

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