【摘要】：本論文研究了石墨烯復(fù)合橡膠的聲學(xué)特性,首先研究了單層石墨烯的聲學(xué)特性,為研究石墨烯在水聲領(lǐng)域的應(yīng)用價值,進(jìn)而提出了將片狀石墨烯應(yīng)用在橡膠制備中的設(shè)想,并使用有限元方法仿真計算了石墨烯橡膠的微觀模型的聲學(xué)特性,研究了石墨烯對復(fù)合橡膠的聲學(xué)特性的影響規(guī)律。進(jìn)而在宏觀尺度下,使用石墨烯復(fù)合橡膠組成周期結(jié)構(gòu),討論了石墨烯材料的應(yīng)用對周期結(jié)構(gòu)聲學(xué)性能的影響規(guī)律。最后通過設(shè)計實驗,實際測量不同石墨烯含量的幾種橡膠的聲學(xué)特性,尋找了石墨烯對復(fù)合橡膠聲學(xué)特性的影響規(guī)律,并描述了石墨烯影響橡膠聲學(xué)特性的基本原理。本論文的主要內(nèi)容包括以下幾方面:1、基于傳遞矩陣,研究了石墨烯薄膜的聲學(xué)特性,并進(jìn)一步研究了含石墨烯片層的周期結(jié)構(gòu)的聲學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)石墨烯薄膜和基于石墨烯的周期結(jié)構(gòu)只能對太赫茲級別的聲波產(chǎn)生較明顯的反射作用,但是對于水聲領(lǐng)域的聲波,其作用不明顯。2、使用有限元方法仿真計算了石墨烯復(fù)合橡膠微觀模型的聲學(xué)特性。通過改變復(fù)合橡膠中石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和分布形式,研究了石墨烯的不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)和分布形式對復(fù)合橡膠的聲學(xué)特性的影響規(guī)律。仿真結(jié)果顯示隨著在橡膠中添加的石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,復(fù)合橡膠的吸聲系數(shù)先升高而后趨于穩(wěn)定,在相同的石墨烯添加量的前提下,石墨烯微片傾角過大或者過小也會降低復(fù)合的吸聲性能。仿真結(jié)果總體上顯示在橡膠中添加石墨烯能夠提高復(fù)合橡膠的吸聲性能。3、根據(jù)石墨烯橡膠的微觀仿真結(jié)論以及相關(guān)參考文獻(xiàn),合理做出了宏觀尺度下添加石墨烯后橡膠的聲速和損耗因子均會增加這一推論,并設(shè)定了聲速和損耗因子逐次增加的四種橡膠。本文提出了將不同的復(fù)合橡膠組合成周期結(jié)構(gòu)的設(shè)想,研究了復(fù)合橡膠的排列方式和厚度對周期結(jié)構(gòu)聲學(xué)性能的影響規(guī)律,并尋找得到了低反射系數(shù)的組合形式,證明了石墨烯復(fù)合橡膠在水下目標(biāo)覆蓋層中應(yīng)用的可行性。最后,研究了由石墨烯復(fù)合橡膠構(gòu)成的阻抗?jié)u變介質(zhì)的聲學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)當(dāng)阻抗呈凸曲線分布,且入射聲波頻率大于20kHz時,其吸聲系數(shù)可以穩(wěn)定在一個較高的位置,與周期結(jié)構(gòu)和均勻單層結(jié)構(gòu)相比,具有一定的優(yōu)勢。4、通過制備不同石墨烯含量的幾種橡膠,分別測量了它們的楊氏模量和密度,并且在脈沖聲管中測量了其聲學(xué)特性,研究石墨烯對其聲學(xué)特性的影響規(guī)律。我們發(fā)現(xiàn),在橡膠中添加一定的石墨烯后,密度基本不變,聲速逐漸升高,并且吸聲性能大幅度上升。隨著石墨烯添加量的增加,橡膠的吸聲性能呈現(xiàn)先升高后緩慢下降的趨勢。這與微觀模型的仿真結(jié)論基本一致,進(jìn)一步證明了石墨烯能夠提升復(fù)合橡膠的吸聲性能。
【圖文】：

E為復(fù)楊氏模量的實部，中，波數(shù) k 應(yīng)被替換為復(fù)波數(shù)k%和透射系數(shù)后，吸聲系數(shù)也可以隨2 2α = 1 R T性的仿真計算可以使石墨烯生長在硅基、銅基、墨烯薄膜。制備而成的石墨烯薄內(nèi)，也可以制備小尺寸的單層石況下單層或多層石墨烯的聲學(xué)特步研究由石墨烯構(gòu)成的周期結(jié)構(gòu)的特性的石墨烯，其層數(shù)多為 10 層以內(nèi)究在左右兩側(cè)介質(zhì)均為硅時，不同圖 2.5。

100GHz 以上的聲波產(chǎn)生明顯的反射作用波的反射能力很小，也就是說由于石墨烯的聲波產(chǎn)生影響。層狀周期結(jié)構(gòu)多種層狀介質(zhì)周期分布而組成的結(jié)構(gòu)，其料的厚度可以做到納米級別，并且石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)對太赫茲數(shù)量級的高頻聲波具，在微觀尺度內(nèi)易加工，被廣泛應(yīng)用在電墨烯進(jìn)行結(jié)合，組成層狀周期介質(zhì)，并研圖 2.7 所示，兩側(cè)半無限大空間為硅，中間墨烯為一個結(jié)構(gòu)周期，那么上述結(jié)構(gòu)有兩構(gòu)中，，硅的密度為 2333kg/m3，聲速 CA速 CG為 25724m/s。為更好的了解掌握就結(jié)構(gòu)的周期數(shù)和石墨烯的厚度對結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB33;TB56

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本文編號：2610769