项目名称: 二维和三维石墨烯/聚合物纳米功能复合材料微观结构与宏微观粘弹性研究

项目编号: No.11202005

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 张杨飞

作者单位: 北京大学

项目金额: 26万元

中文摘要: 本课题拟采用实验测试与机理分析相结合的方法,开展二维和三维石墨烯/聚合物新型纳米功能复合材料微观结构与宏微观粘弹性的研究工作。分别采用共混法和化学气相沉积法制备二维和三维石墨烯/PMMA复合材料,进行各组分形貌、分布搭接、结构完整性、石墨烯与基体结合界面等微观结构观察。利用动态力学热分析实验测试复合材料的宏观粘弹性,利用动态纳米压痕方法分别测试石墨烯、PMMA和复合材料的微尺度粘弹性,研究石墨烯含量、温度、载荷频率、压头形状、压入深度和加载速率等因素对储存模量和损耗正切的影响机理,为复合材料细观力学理论提供各组分的力学性能参数。结合微观结构解释和讨论宏观与微观尺度复合材料的粘弹性行为,建立宏观性能与微观结构的关系。开发外加电场下的宏微观粘弹性测试方法,揭示反应导电高聚物基复合材料电阻率、温度、频率和粘弹性之间相互关系的电阻率-粘弹性效应,为石墨烯碳素新材料的应用提供实验依据和理论指导。

中文关键词: 石墨烯复合材料;微观结构;粘弹性;动态纳米压痕;电阻率-粘弹性效应

英文摘要: In this work, the microstructure and macro/micro scale viscoelastic behaviors of two and three dimensional graphene/polymer functional nanocomposites will be studied by the experiments and mechanism analysis. The two and three dimensional graphene filled polymethyl methacrylate (PMMA) composites will be synthesized by blending method and chemical vapor deposition method respectively. The microstructures observed includes the morphology of composite components, the distribution and overlap of graphene, the structural integrity and the combination of graphene and polymer matrix. The macro and micro scale viscoelastic behaviors will be investigated by dynamic mechanical thermal analysis (DMTA) and dynamic nanoindentation experiments and characterized by the storage modulus and loss tangent, as well as the effect of graphene content, temperature, force frequency, tip shape, penetration depth and loading rate on the viscoelastic behavior. The mechanical properties of graphene, PMMA and composite will also be measured and provided for the micromechaics theory. The relationship between macro and micro scale viscoelastic behaviors will be studied and discussed acoording to the features of microstructures, which builds the relation between mechanical behavior and microstucture. The macro and micro viscoelastic testing me

英文关键词: Graphene composite;Microstructure;Viscoelastic behavior;Dynamic nanoindentation;Resistivity-viscoelastic effect

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