石墨烯／Cu复合材料力学性能的分子动力学模拟

石墨烯/Cu复合材料力学性能的分子动力学模拟，一、石墨烯性能相关介绍，二、分子动力学模型和方法，三、结果和讨论，石墨烯是与SP2共价键碳原子结合的二维晶体结构，理论厚度约为0.335纳米，因此比表面积很大。石墨烯，机械性能，电性能，热性能，理想纳米填充材料，一，石墨烯性能相关介绍，二，分子动力学模型和方法，一。实验模型，单晶铜33615.347 * 7.08 * 7.2 nm3，石墨烯：10.22*4.72nm2，石墨烯厚度：0.335nm，潜在函数，Cu:内置在EAM潜力中，C拉伸应力应变响应，如果弹性应变大于3%，则弹性段表示恒定非线性特性，因此通过拟合应力应变曲线的初始线性段(应变2%)，可以获得材料的初始等效弹性系数。根据Halpin-Tsai模型，使用矩阵获得的单向增强复合材料的相对弹性系数为：体积分数为VG(w、l和t分别为石墨烯的宽度、长度和厚度)加强弹性系数为em，表达式中的：E0为复合材料的弹性系数，常数和分别为：分子动力学模拟中获得的复合材料的等效弹性系数随石墨烯体积分数的增加而线性增加，模拟结果与Halpin-Tsai模型的预测趋势一致，表明载荷已从金属矩阵成功通过界面传递到石墨烯。另外，在图2中，观察到复合材料的强度和变形能力也随着石墨烯的加入而有所增加。石墨烯和基体之间的结合强度决定了材料的最终强度。根据剪切延迟理论，可以将石墨烯拉伸方向的应力 g和界面的剪切应力之间的关系定义为：将石墨烯表面z的剪切变形定义为：将表达式中的u定义为位移。Gm是基本剪切系数，假设石墨烯和基体材料变形为：将石墨烯的厚度视为相对于其他方向的大小的较小值，从而得出石墨烯表面的剪切应力。其中t是石墨烯/Cu复合材料中单元模型的z方向尺寸，等于1 .提高nL/t值可以提高石墨烯的应力传递效率。2 .在拉伸方向上提高石墨烯的纵横比和石墨烯的体积含量，提高复合材料宏观等效强度。3 .石墨烯的基体材料排列也对复合材料的力学性能有重要影响。2 .石墨烯对裂纹扩展的抑制、结论、单晶铜中添加石墨烯会增加材料的强度和破坏变形。石墨烯/Cu复合材料的断裂变形比有裂纹的单晶铜大得多。单晶铜的预制裂纹迅速生长，裂纹继续扩大，形成明显的压缩现象，最终材料破裂。石墨烯/Cu复合材料将石墨烯的薄板结构添加到单晶铜中，使裂纹末端到达石墨烯表面，形成穿透，随着负载的增加，金属基板产生沿着石墨烯表面滑动。随着载荷的增加，裂纹尖端总是不能通过石墨烯层结构，界面上出现了高密度六角形结构的金属原子，表明复合材料的一些塑性变形是通过沿石墨烯表面滑动而实现的。3 .结论，(1)建立了石墨烯/Cu复合材料的原子模型，石墨烯体积含量低的情况下，石墨烯体积分数增加了复合材料的弹性系数，数值模拟结果与Halpin-Tsai方法预测结果一致。另外，石墨烯的加入增加了复合材料的屈服应力。(2)比较了单晶铜和石墨烯/Cu复合材料中裂纹的动态膨胀过程，表明石墨烯的加入对防止裂纹进展有重要作用，提高了复合材料的变形能力。，(3)石墨烯/Cu复合材料的塑性变形主要表现为沿石墨烯表面滑动，