陶瓷復(fù)合材料由陶瓷材料和其他材料組合而成,可以保持不同材料性能的優(yōu)點(diǎn),提高單一組成材料的綜合性能。陶瓷具有耐高溫、高強(qiáng)度和剛度、質(zhì)量輕、抗腐蝕等優(yōu)異性能,同時(shí)也具有高脆性、易斷裂等缺點(diǎn),而石墨烯具有優(yōu)良的力學(xué)性能和熱學(xué)性能,可彌補(bǔ)陶瓷材料力學(xué)性能的不足。石墨烯陶瓷復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用于航空航天、土工建筑、電子通信等領(lǐng)域,應(yīng)用前景廣闊。目前,石墨烯陶瓷復(fù)合材料存在成型效果不佳、制備工藝復(fù)雜、力學(xué)性能不理想等問(wèn)題,限制了該類(lèi)材料的進(jìn)一步應(yīng)用。本文基于水熱合成法,利用三維石墨烯氣凝膠為基底,開(kāi)展了對(duì)納米陶瓷復(fù)合材料的可控制備以及力學(xué)和熱膨脹性能的研究,具體研究?jī)?nèi)容包括以下三個(gè)方面:（1）基于水熱合成法,通過(guò)調(diào)整復(fù)合材料制備工藝參數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)三維石墨烯基納米陶瓷復(fù)合材料的可控制備,通過(guò)微觀表征分析制備參數(shù)對(duì)復(fù)合材料微觀形貌影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,鎢酸鋯（ZrW₂O₈）前驅(qū)體溶液濃度和鹽酸（HCl）溶液濃度影響復(fù)合材料微觀陶瓷層的生長(zhǎng)厚度,并在不同HCl溶液濃度下會(huì)使晶體生長(zhǎng)為顆粒狀、棍棒狀和針絮狀。（2）通過(guò)力學(xué)性能和熱膨脹性能測(cè)試,探索制備工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合材... 

【文章來(lái)源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

（a）低溫環(huán)境下管道凍裂；（b）因溫度影響引起的墻體脫落；（c）熱膨脹系數(shù)不匹配導(dǎo)致塑封器件芯片損傷失效[4]；（d）美國(guó)挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)爆炸

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文三維石墨烯基納米陶瓷復(fù)合材料熱膨脹特性與力學(xué)性能研究4圖1.2單層石墨烯薄膜的力學(xué)性能測(cè)試[17]：（a）微柵上沉積石墨烯單層薄片；（b）非接觸式石墨烯膜AFM形貌圖；（c）納米壓痕測(cè)試懸掛石墨烯薄膜示意圖；（d）斷裂后石墨烯膜AFM形貌圖圖1.3單層石墨烯導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試[19]在熱學(xué)方面，2008年，Balandin等人[19]通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)懸掛單層石墨烯的相關(guān)熱循性能進(jìn)行了測(cè)試。如圖1.3所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明石墨烯材料導(dǎo)熱系數(shù)為5800W/（m·K），遠(yuǎn)高于單壁碳納米管、金剛石以及銅等金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)。2019年4月，Jiang等人[20,21]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)攜帶有巨大能量的氫原子越過(guò)排斥能壘，開(kāi)始與石墨烯層中的碳原子發(fā)生強(qiáng)烈相互作用時(shí)，碳原子從sp2雜化變?yōu)閟p3雜化。如圖1.4所示，在sp3雜化系統(tǒng)中，最佳C-C鍵比sp2雜化系統(tǒng)中更長(zhǎng)，所以這種變化導(dǎo)致相鄰碳原子發(fā)生面內(nèi)排斥，這種排斥引發(fā)面內(nèi)聲波，以聲速?gòu)淖矒舨课淮┻^(guò)石墨烯層。當(dāng)碳原子發(fā)生熱振動(dòng)時(shí)，由于面內(nèi)外振動(dòng)不同，從而增強(qiáng)面外振動(dòng)振幅，石

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文三維石墨烯基納米陶瓷復(fù)合材料熱膨脹特性與力學(xué)性能研究4圖1.2單層石墨烯薄膜的力學(xué)性能測(cè)試[17]：（a）微柵上沉積石墨烯單層薄片；（b）非接觸式石墨烯膜AFM形貌圖；（c）納米壓痕測(cè)試懸掛石墨烯薄膜示意圖；（d）斷裂后石墨烯膜AFM形貌圖圖1.3單層石墨烯導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試[19]在熱學(xué)方面，2008年，Balandin等人[19]通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)懸掛單層石墨烯的相關(guān)熱循性能進(jìn)行了測(cè)試。如圖1.3所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明石墨烯材料導(dǎo)熱系數(shù)為5800W/（m·K），遠(yuǎn)高于單壁碳納米管、金剛石以及銅等金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)。2019年4月，Jiang等人[20,21]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)攜帶有巨大能量的氫原子越過(guò)排斥能壘，開(kāi)始與石墨烯層中的碳原子發(fā)生強(qiáng)烈相互作用時(shí)，碳原子從sp2雜化變?yōu)閟p3雜化。如圖1.4所示，在sp3雜化系統(tǒng)中，最佳C-C鍵比sp2雜化系統(tǒng)中更長(zhǎng)，所以這種變化導(dǎo)致相鄰碳原子發(fā)生面內(nèi)排斥，這種排斥引發(fā)面內(nèi)聲波，以聲速?gòu)淖矒舨课淮┻^(guò)石墨烯層。當(dāng)碳原子發(fā)生熱振動(dòng)時(shí)，由于面內(nèi)外振動(dòng)不同，從而增強(qiáng)面外振動(dòng)振幅，石

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]3D打印三維石墨烯及其高性能陶瓷基復(fù)合材料[J]. 楊金山,黃凱,游瀟,董紹明.  中國(guó)材料進(jìn)展. 2018(08)
[2]負(fù)熱膨脹材料的研究現(xiàn)狀及展望[J]. 刁志聰,林偉林.  中國(guó)鎢業(yè). 2010(02)
[3]負(fù)熱膨脹材料鎢酸鋯研究進(jìn)展[J]. 謝修好,黃承亞.  合成材料老化與應(yīng)用. 2007(03)
[4]ZrW2O8可控?zé)崤蛎浵禂?shù)復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J]. 張志萍,劉紅飛,程曉農(nóng).  材料導(dǎo)報(bào). 2007(S1)
[5]熱膨脹系數(shù)不匹配導(dǎo)致的塑封器件失效[J]. 張鵬,陳億裕,劉建.  電子與封裝. 2007(04)
[6]水熱法合成負(fù)熱膨脹材料ZrW2O8[J]. 邢奇鳳,邢獻(xiàn)然,杜凌,于然波,陳駿,鄧金俠,羅君.  金屬學(xué)報(bào). 2005(06)
[7]有限元及軟件ANSYS簡(jiǎn)介[J]. 馬奎興.  水利科技與經(jīng)濟(jì). 2004(03)

博士論文
[1]三維石墨烯基多功能材料可控制備與性能研究[D]. 張強(qiáng)強(qiáng).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016

碩士論文
[1]基于石墨烯薄膜的自發(fā)熱路面融雪化冰研究[D]. 張寶強(qiáng).蘭州大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3316251