构建石墨烯泡沫孔片网络拓扑模型

2019-03-15

　　 石墨烯泡沫，是以准二维石墨烯作为基本组件，以无序堆砌为主要建构方式铰接而成的三维多孔材料，由于兼备了石墨烯与多孔材料的优点，石墨烯泡沫受到了越来越多的关注。但从已有的大量实验研究来看，其物理机制尚不清楚，准二维石墨烯重组为三维网络的应力传递特性也缺乏理解，石墨烯泡沫受外载时的介观动力学演化过程也无法原位再现。

　　 中国科学院合肥物质科学研究院王晓杰研究员团队借助孔片网络，对各种工况下的单轴超压缩与回复行为做了系统的预测，利用相关文献资料中的力学测试数据做了辅助检验；在此基础上，用动态分析的方式揭示了局部微结构的动力学演化过程，并结合Virial应力云图从连续统的角度深入分析了这种拟真实体系的应力传递细节。构建了一种新型的石墨环泡沫，并与完美石墨烯泡沫和拟真实多孔泡沫进行了系统的比较分析，发现这种全新的线团结构和完美的泡沫骨架在超弹性性能，特别是回复行为上都不如拟真实的泡沫体系，这说明应将工作重点放在调控该泡沫的孔片比以及孔的形态或数目等方面。该研究也发现了泡沫内部有趣的介观互锁现象，并据此对塑性变形和残余变形从微结构演化机制上做了细致的区分，丰富了连续介质力学的内涵；发现粗粒键平均长度随外载的变化曲线存在反常的转变点，该转变点在压缩应变的70%～80%之间，从介观尺度上对超压缩这一抽象概念做了科学上的定量界定。