石墨烯增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料界面性能第一性原理研究.pdf

1、鎂基復(fù)合材料擁有優(yōu)異的力學(xué)和物理性能,但其彈性模量普遍偏低從而極大地限制了其在結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。石墨烯具有高彈性模量(約1TPa)與斷裂強(qiáng)度(約125GPa),將石墨烯作為鎂基復(fù)合材料的增強(qiáng)相，能有效地提高鎂金屬及鎂合金的強(qiáng)度、彈性模量等性能。利用第一性原理計(jì)算方法，系統(tǒng)地對(duì)石墨烯增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料界面性能進(jìn)行研究。主要考察石墨烯增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料界面原子構(gòu)型、界面能和界面電荷分布，分析其界面穩(wěn)定性、界面電子結(jié)構(gòu)和成鍵特征。
　

2、　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用超晶胞建模方法，建立鎂原子與石墨烯表面的吸附模型。選取具有代表性的吸附模型進(jìn)行吸附能研究，結(jié)果表明空位缺陷或摻雜原子對(duì)石墨烯與鎂原子吸附作用的增強(qiáng)程度大小為：空位缺陷> B> Si>N> S。⑵對(duì)鎂原子與石墨烯吸附模型進(jìn)行電子電荷分布計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明鎂原子和本征石墨烯吸附作用力為范德瓦耳斯力，屬于物理吸附；而與空位缺陷石墨烯屬于化學(xué)吸附，鎂原子與碳原子形成了很強(qiáng)的雜化共價(jià)鍵。鎂原子在空位缺陷石墨烯或摻雜石墨

3、烯表面吸附成鍵的差分電荷密度較高，成鍵電荷主要由鎂原子軌道上轉(zhuǎn)移。⑶建立石墨烯微片與鎂晶面吸附界面模型。分別優(yōu)化計(jì)算界面能、界面電子結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明石墨烯微片中的碳原子和鎂晶面上最近的鎂原子的結(jié)合強(qiáng)度很高，具有很強(qiáng)的共價(jià)鍵作用，屬于化學(xué)吸附，石墨烯可以與鎂金屬擁有較強(qiáng)的界面強(qiáng)度，石墨烯可以作為鎂及鎂合金優(yōu)秀的增強(qiáng)相。⑷石墨烯在金屬鎂表面吸附成鍵的差分電荷密度較高，碳原子與鎂原子之間形成很強(qiáng)的雜化從而形成很強(qiáng)的共價(jià)相互作用，成鍵電荷由碳和鎂