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对铜/石墨烯塑性变形行为与强化性能分析对膜-基界面耦合提升金属材料使役性能起促进作用,也为纳米铜强韧机制理解提供有益参鉴价值。基于纳米压痕法对石墨烯膜-单晶铜基底的接触特性展开全原子模拟。分析基底表面有无石墨烯、覆石墨烯层数、基底晶面不同的塑性变形行为与力学强化性能,探讨石墨烯边界效应的褶皱对界面接触质量与强化性能的影响。研究表明:对铜/石墨烯而言,纳米压痕时的载荷与位移曲线保持线性关系,主要源于石墨烯面内弹性变形呈均匀化;相比纯铜,铜表面覆石墨烯的承载性更高,其弹性模量与硬度随覆石墨烯层数增加而线性增大。结果指出:铜表面覆三层石墨烯的硬度与弹性模量比纯铜提高约7.4倍,其强化效应源自石墨烯受载产生的面内均匀弹性变形与压头-膜基界面接触质量的协同作用;石墨烯褶皱处的应力集中易诱驱铜上表面产生类褶皱波纹的塑性变形痕迹。相比双边界固定的石墨烯而言,单边界固定的石墨烯褶皱变形更大,界面接触质量有所增加,而强化效果相比却降低28%。当覆石墨烯层数相同时,不同晶面铜/石墨烯的力学性能和膜-基界面塑性变形有着显著各向异性特征。研究结果对微机电系统金属器件力学性能提升有重要作用。 ...
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产业研究
石墨烯具有极佳的热学与电学性能,是目前十分热门的炭材料之一,在导热领域应用价值显著。石墨烯与聚合物复合后制得的石墨烯改性导热复合材料(GTCCs)具有优异的力学性能、热学性能和化学稳定性。对电子设备日益严重的发热问题而言,GTCCs是一种有效的解决方案,其具有替代商用导热硅脂的潜力,梳理相关研究的核心思路并提炼关键信息有助于把握切合实际的发展导向,推动GTCCs大规模产业化应用。本文简要分析了当代电子设备的散热需求与GTCCs的导热机理;将GTCCs的改性手段分为填料杂化、填料改性和主动构建导热骨架三类,介绍了与各类改性手段相适应的生产工艺和国内外研究进展;列举了GTCCs在传感器、涂层等方面的实际应用,展示了其巨大的工业价值;最后,在展望GTCCs未来的同时,对GTCCs研究中存在的问题进行了探讨,从实际出发总结了一些有前景的发展方向。 ...
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近年来,将石墨烯转移至金刚石表面形成的石墨烯/金刚石异质结构在精密制造、电子制造等领域展现出显著优势,但石墨烯本征特性会因转移至介电基材后缺陷和界面处的声子散射而明显减弱。因此,以金刚石作为衬底直接生长石墨烯成为获得高质量石墨烯/金刚石异质结构的一种全新尝试。虽然以金刚石作为衬底相比于其他介电材料拥有众多优势,但是现阶段在金刚石表面生长的石墨烯通常存在晶格缺陷多、畴区尺寸小等缺点,也缺乏纳观尺度下金刚石结构表面石墨烯生长的机理解析和理论指导。本文评述了在金属催化、非金属诱导和高温热解三种催化方式下金刚石表面生长石墨烯的纳观尺度机理研究进展,对不同催化方式下金刚石表面生长石墨烯的原子机理进行了总结,并对不同催化条件下生长石墨烯的典型结果进行对比分析,最后归纳了金刚石结构表面生长石墨烯研究所面临的关键问题与挑战,展望了基于金刚石表面石墨烯生长研究的发展方向,可为高质量石墨烯/金刚石异质结构的研究与应用提供有益借鉴。 ...
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对铜/石墨烯塑性变形行为与强化性能分析对膜-基界面耦合提升金属材料使役性能起促进作用,也为纳米铜强韧机制理解提供有益参鉴价值。基于纳米压痕法对石墨烯膜-单晶铜基底的接触特性展开全原子模拟。分析基底表面有无石墨烯、覆石墨烯层数、基底晶面不同的塑性变形行为与力学强化性能,探讨石墨烯边界效应的褶皱对界面接触质量与强化性能的影响。研究表明:对铜/石墨烯而言,纳米压痕时的载荷与位移曲线保持线性关系,主要源于石墨烯面内弹性变形呈均匀化;相比纯铜,铜表面覆石墨烯的承载性更高,其弹性模量与硬度随覆石墨烯层数增加而线性增大。结果指出:铜表面覆三层石墨烯的硬度与弹性模量比纯铜提高约7.4倍,其强化效应源自石墨烯受载产生的面内均匀弹性变形与压头-膜基界面接触质量的协同作用;石墨烯褶皱处的应力集中易诱驱铜上表面产生类褶皱波纹的塑性变形痕迹。相比双边界固定的石墨烯而言,单边界固定的石墨烯褶皱变形更大,界面接触质量有所增加,而强化效果相比却降低28%。当覆石墨烯层数相同时,不同晶面铜/石墨烯的力学性能和膜-基界面塑性变形有着显著各向异性特征。研究结果对微机电系统金属器件力学性能提升有重要作用。 ...
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