功能化碳纳米管/聚合物复合材料的研究

论文摘要

碳纳米管(碳管)具有优异的力学性能、热学性质及化学稳定性,是聚合物结构复合材料的理想增强体.碳管/聚合物复合材料的力学性能主要取决于碳管和基体间界面作用、碳管在基体中的分散性和取向.但是普通(未功能化)碳管易聚集且不溶于大多数溶剂,难于在基体中分散,而且普通碳管与基体之间界面作用较弱.碳管的功能化可以解决碳管分散性差以及界面作用弱的问题.目前,功能化方法有非共价功能化、共价功能化和混杂功能化三类.碳管功能化及其在聚合物复合材料中的应用是近年来的研究热点.本文旨在研究功能化对碳管断裂寿命的影响,以及功能化对碳纳米管/聚合物复合材料弹性模量和拉伸韧性的影响.主要研究内容和结果如下:基于动态断裂模型和分子力学模拟,研究了功能化对碳管拉伸断裂寿命的影响.结果表明:相比未功能化,非共价功能化能有效地增加碳管的断裂寿命,而共价功能化使碳管寿命降低,混杂功能化可以看作是共价功能化和非共价功能化的共同作用,在多数情况下它可以提高碳管的寿命.运用分子动力学方法研究了非共价功能化、共价功能化和混杂功能化碳管/聚合物复合材料的拉伸韧性.发现非共价功能化并不能提高复合材料的拉伸韧性,共价功能化和混杂功能化都可以显著地的提高碳管/聚合物复合材料的韧性.

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第1章 前言
• 1.1 碳纳米管的概述
• 1.2 碳纳米管和碳纳米管束的拉伸强度研究
• 1.2.1 碳纳米管和碳纳米管束拉伸强度的实验研究
• 1.2.2 碳纳米管和碳纳米管束拉伸强度的理论分析和数值模拟
• 1.3 碳纳米管的功能化
• 1.3.1 碳纳米管的共价功能化
• 1.3.2 碳纳米管的非共价功能化
• 1.3.3 碳纳米管的混杂功能化
• 1.4 功能化碳纳米管/聚合物复合材料的研究
• 1.5 碳纳米管的增韧研究
• 1.6 本论文的研究内容
• 1.7 参考文献
• 第2章 功能化碳纳米管的拉伸断裂寿命
• 2.1 引言
• 2.2 理论模型
• 2.3 数字模拟与结果分析
• 2.3.1 非共价功能化碳纳米管的断裂寿命
• 2.3.2 共价功能化碳纳米管的断裂寿命
• 2.3.3 混杂功能化碳纳米管的断裂寿命
• 2.4 结论
• 2.5 参考文献
• 第3章 功能化碳纳米管/聚合物复合材料的拉伸韧性
• 3.1 引言
• 3.2 概念和力场
• 3.2.1 拉伸韧性
• 3.2.2 COMPASS 力场
• 3.3 数值模拟与结果计算
• 3.3.1 非共价功能化碳管/环氧树脂复合材料的拉伸韧性
• 3.3.2 共价功能化碳管/环氧树脂复合材料的拉伸韧性
• 3.3.3 混杂功能化碳管/环氧树脂复合材料的拉伸韧性
• 3.4 总结分析
• 3.5 参考文献
• 第4章 结论与展望
• 4.1 本研究工作的主要总结
• 4.2 对今后工作的设想
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢