项目名称: 石墨烯增强铝基复合材料的仿生制备与界面行为研究

项目编号: No.51501111

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 一般工业技术

项目作者: 苏益士

作者单位: 上海交通大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 采用仿生构型设计与界面行为调控,引入高性能增强相以使传统金属实现“轻质、高强韧、高模量”是发展新型结构材料的有效手段,也成为金属基复合材料研究领域的前沿与热点。本项目拟将超高力学性能石墨烯与典型轻质金属Al片通过仿生复合化,重点解决石墨烯与金属Al片的表面相容与均匀分散问题,实现含量可控、界面调控及强韧匹配的构型设计,制备具有三维纳米“砖砌”结构石墨烯/Al复合材料。依据所制备石墨烯/Al复合材料的显微组织特征,采用聚焦离子束(FIB)微加工石墨烯/Al界面的Micropillars,结合纳米压缩试验与晶体塑性模拟研究石墨烯/Al界面在不同时效状态、界面形貌及复合尺度下的变形、滑移及强韧机制。通过引入界面性能的石墨烯/Al复合材料多尺度建模与性能拟实,结合复合材料的宏观拉伸、弯曲及SEM、TEM原位拉伸试验,研究石墨烯/Al复合材料的仿生构型、界面行为与构-效关系间耦合强韧化机理。

中文关键词: 石墨烯/铝复合材料;仿生制备;界面行为;力学变形;多尺度模拟

英文摘要: Employing the biomimetic composite configuating and interfacial behavior regulating, introducing the high-properties reinforcements into traditional metals to achieve their “lightweight, high strength/toughness, high modulus” has become an efficient way to develop the new-style structural materials, as well as the forefront and hot spot of metal matrix composites (MMCs) research. The present project attempts to fabricate the graphene/Al composites with three-dimensional nano “brick and mortar” structures. The surface consistent and uniform dispersion between the ultrahigh properties graphene and lightweight Al flakes will be focused, in order to achieve the biomimetic configuation design with the controllable content, interface regulated and strength/toughness matched. Based on microstructural characterization of prepared graphene/Al composites, the micropillars near graphene/Al interfaces are machined by Focused Ion Beam (FIB). Related nano-compression tests and crystal plasticity (CP) simulations are performed to study the deformation, slipping and strengthening mechanisms of graphene/Al interfaces in different aging state, interface morphology and composite scales. Macroscale tensile, bending tests and SEM, TEM in situ tensile tests of graphene/Al composites are carried out. Combined with the graphene/Al interfacial behavior, the multiscale modeling and properties prediction of the graphene/Al composites are conducted to reveal the strengthening/toughening mechanisms bewteen the biomimetic configuation, interfacial behavior and structure- properties relationship in graphene/Al composites.

英文关键词: Graphene/Al composites;Biomimetic fabrication;Interfacial behavior;Mechanical deformation;Multiscale modeling

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