三維石墨烯泡沫的力學性能

三維石墨烯泡沫的力學性能

最近，中國科學院力學研究所副研究員劉峰與王超合作，提出了一個系統研究三維石墨烯泡沫導電性的理論框架，發現了該體系中的一種大的導電現象。采用介觀輸運理論和緊束縛模型研究了石墨烯片層間的電導關系，在第二階段，利用分子動力學模擬方法研究了三維石墨烯泡沫的網狀結構和幾何特征。從平均接觸面積和平均接觸點密度兩個方面對石墨烯泡沫的導電性和電導率進行了理論計算，發現石墨烯泡沫的導電率很高，即電導率先增大后減小。對石墨烯片晶數目的研究），進一步揭示了石墨烯片晶現象的物理機制。

眾所周知，在傳統的泡沫材料中，有一個優化的泡沫密度，以達到最強的絕熱性能，這是由于固體中的熱傳導和熱輻射之間的競爭。第一次，理論上提出存在一個優化層以最大化3的導電性。對石墨烯泡沫材料及其物理機制進行了系統的研究，為優化3D石墨烯泡沫的導電性提供理論依據，促進材料在功能器件中的應用。

此外，還分析了三維石墨烯泡沫在變形過程中的導電性，在循環載荷下，電阻變化趨于穩定，并伴有滯后環，這與實驗結果定性一致，因為大變形是泡沫材料的一個重要特征。研究大變形下石墨烯泡沫材料的導電性對于應變傳感和應變控制的實際應用具有重要意義。

相關成果發表在Simull（F. Liu，C. Wang，Q. Tang，Conductivity Maximum在3D石墨烯泡沫，小2018, 1801458），這項工作是由國家自然科學基金和B類試點項目的中國科學院的支持。

圖1。理論框架：（a）1級：石墨烯片間電導的研究；（b）2級：提取出平均接觸面積和平均接觸點密度等幾何特征；（c）理論計算結果表明，存在最大電導現象。

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變下的結構演變（b）應變與應變的變化（c）循環載荷下的電阻變化（d）第七次循環載荷下應變與應變的變化。

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