三維石墨烯泡沫的力學(xué)性能

三維石墨烯泡沫的力學(xué)性能

最近，中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所副研究員劉峰與王超合作，提出了一個(gè)系統(tǒng)研究三維石墨烯泡沫導(dǎo)電性的理論框架，發(fā)現(xiàn)了該體系中的一種大的導(dǎo)電現(xiàn)象。采用介觀輸運(yùn)理論和緊束縛模型研究了石墨烯片層間的電導(dǎo)關(guān)系，在第二階段，利用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法研究了三維石墨烯泡沫的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和幾何特征。從平均接觸面積和平均接觸點(diǎn)密度兩個(gè)方面對(duì)石墨烯泡沫的導(dǎo)電性和電導(dǎo)率進(jìn)行了理論計(jì)算，發(fā)現(xiàn)石墨烯泡沫的導(dǎo)電率很高，即電導(dǎo)率先增大后減小。對(duì)石墨烯片晶數(shù)目的研究），進(jìn)一步揭示了石墨烯片晶現(xiàn)象的物理機(jī)制。

眾所周知，在傳統(tǒng)的泡沫材料中，有一個(gè)優(yōu)化的泡沫密度，以達(dá)到最強(qiáng)的絕熱性能，這是由于固體中的熱傳導(dǎo)和熱輻射之間的競(jìng)爭(zhēng)。第一次，理論上提出存在一個(gè)優(yōu)化層以最大化3的導(dǎo)電性。對(duì)石墨烯泡沫材料及其物理機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，為優(yōu)化3D石墨烯泡沫的導(dǎo)電性提供理論依據(jù)，促進(jìn)材料在功能器件中的應(yīng)用。

此外，還分析了三維石墨烯泡沫在變形過(guò)程中的導(dǎo)電性，在循環(huán)載荷下，電阻變化趨于穩(wěn)定，并伴有滯后環(huán)，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果定性一致，因?yàn)榇笞冃问桥菽牧系囊粋€(gè)重要特征。研究大變形下石墨烯泡沫材料的導(dǎo)電性對(duì)于應(yīng)變傳感和應(yīng)變控制的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

相關(guān)成果發(fā)表在Simull（F. Liu，C. Wang，Q. Tang，Conductivity Maximum在3D石墨烯泡沫，小2018, 1801458），這項(xiàng)工作是由國(guó)家自然科學(xué)基金和B類試點(diǎn)項(xiàng)目的中國(guó)科學(xué)院的支持。

圖1。理論框架：（a）1級(jí)：石墨烯片間電導(dǎo)的研究；（b）2級(jí)：提取出平均接觸面積和平均接觸點(diǎn)密度等幾何特征；（c）理論計(jì)算結(jié)果表明，存在最大電導(dǎo)現(xiàn)象。

圖2。三維石墨烯泡沫在外載荷作用下的電阻變化（a）三種石墨烯泡沫在不同應(yīng)變下的結(jié)構(gòu)演變（b）應(yīng)變與應(yīng)變的變化（c）循環(huán)載荷下的電阻變化（d）第七次循環(huán)載荷下應(yīng)變與應(yīng)變的變化。

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