2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、骨頭、珍珠貝和蜘蛛絲等自然界中廣泛存在的材料是生物體為了適應(yīng)環(huán)境,歷經(jīng)了億萬年的演變與進(jìn)化所形成的,它們因而具有難以置信的機(jī)械性能。仿生學(xué)研究結(jié)果表明,如此優(yōu)異的性能是來源于其納米、微米尺度復(fù)合的多級層次結(jié)構(gòu)、無機(jī)-有機(jī)界面的犧牲鍵與隱藏長度,以及裂紋偏轉(zhuǎn)/偏斜等增韌機(jī)理。眾所周知,石墨烯是目前人們所發(fā)現(xiàn)最硬的材料,已被廣泛用作聚合物復(fù)合材料的增強(qiáng)填料。然而,復(fù)合材料的強(qiáng)度、斷裂韌性往往是互相矛盾的。在聚合物彈性體中添加剛性填料通常會造

2、成材料強(qiáng)度提升而韌性、延展性下降。迄今為止,如何平衡并最優(yōu)化材料的強(qiáng)度和韌性,仍然是困擾材料科學(xué)界數(shù)十年的關(guān)鍵問題。
  在本論文中,我們通過仿生結(jié)構(gòu)對復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì),展示了石墨烯作為強(qiáng)韌聚合物增強(qiáng)填料的優(yōu)秀前景。通過在石墨烯表面引入非共價(jià)鍵、共價(jià)鍵接枝的聚氨酯短鏈,我們不僅保證了石墨烯與基體的良好相容性,更能有效地模仿天然強(qiáng)韌材料中的犧牲鍵和隱藏長度結(jié)構(gòu)。其中,芘類衍生物和石墨烯間的π-π共軛相互作用(非共價(jià)鍵)構(gòu)成

3、了犧牲鍵。在施加應(yīng)力時(shí),芘類衍生物會沿著石墨烯表面滑移、脫落,并耗散額外的應(yīng)變能。寡聚物與基體間的氫鍵相互作用力則構(gòu)成了隱藏長度,它們不僅保證了界面上有效的載荷轉(zhuǎn)移,增強(qiáng)材料的強(qiáng)度和模量,當(dāng)施加應(yīng)力時(shí),氫鍵團(tuán)簇會逐漸解離,鏈段隱藏長度得以釋放。故僅需添加2.0wt%羥基化石墨烯,材料在維持原有斷裂伸長率(>900%)基本不變的條件下,便能使斷裂強(qiáng)度、楊氏模量和斷裂韌性大幅提高50.7%,104.8%和47.3%。
  另一方面,石

4、墨烯的性能是強(qiáng)烈依賴于其片層尺寸。如何調(diào)控石墨烯片層尺寸,業(yè)已成為科研工作者們無法回避的重要課題。我們首次通過水熱處理,獲得了具有特定片層尺寸的石墨烯,并通過添加聚乙烯基吡咯烷酮,有效地避免了水熱過程中石墨烯的聚集行為。這種方法不僅能簡單、高效地獲得單層石墨烯片(產(chǎn)率>90%),更能通過改變反應(yīng)溫度來調(diào)節(jié)所得片層的尺寸大小(達(dá)3.5個(gè)數(shù)量級)和還原程度。我們進(jìn)而深入研究了石墨烯裁剪的內(nèi)在機(jī)理,證實(shí)了還原過程中環(huán)氧對的快速消除、水分子與邊

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