氢键对氧化石墨烯复合结构层间剪切行为影响研究

• 作者: 刘俊 董淑宏 赵军华
• 来源期刊: 固体力学学报
• 关键词: 氧化石墨烯 剪切行为 氢键 氧化浓度 水分子
• 年，卷（期）: 2021,（4）
• 所属期刊栏目: 研究论文|Research Papers
• 页码范围: 443-454
• 页数: 12页
• 语种: 中文
• DOI: 10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2021.004

摘要

针对氧化石墨烯层状复合结构性能优化设计要求及其对环境湿度的高敏感性,开展了氧化石墨烯在湿润环境下的层间剪切行为研究.首先,采用连续力学理论,获取不同氧化浓度时氧化石墨烯层状结构层间粘结能、层间氢键相互作用能及剪切应力表达式;所获得的层间能量理论值与分子动力学模拟结果基本一致.其次,通过在氧化石墨烯层间加入不同含量水分子和改变氧化浓度,调控层间氢键网络密度,以改善氧化石墨烯复合结构的界面力学性能.研究结果表明,增加氧化浓度有效增加了层间氢键网络密度,从而提高了氧化石墨烯层间剪切强度.但当氧化石墨烯为有限尺寸时,氧化浓度存在最佳值,在达到该值后氧化石墨烯剪切强度将基本保持不变.此时,在氧化石墨烯层间再引入水分子可进一步增强其剪切强度,且含水量亦存在最佳值.总之,该研究提出了一种氢键能量的简便数值计算方法,阐述了层间氢键网络密度对氧化石墨烯复合结构层间剪切性能影响的机理,并提出两种提升其层间力学性能的途径,为氧化石墨烯基复合结构性能优化设计提供了一定的参考.