石墨烯—纳米探针黏结行为数值模拟及其实验研究
| 中文摘要 | 第3-5页 |
| 英文摘要 | 第5-7页 |
| 主要符号列表 | 第16-17页 |
| 1 绪论 | 第17-43页 |
| 1.1 研究背景及意义 | 第17-18页 |
| 1.2 课题来源 | 第18页 |
| 1.3 石墨烯理化性能及制备方法 | 第18-19页 |
| 1.3.1 石墨烯理化性能 | 第18-19页 |
| 1.3.2 石墨烯制备方法 | 第19页 |
| 1.4 石墨烯的潜在应用 | 第19-21页 |
| 1.4.1 作固体润滑剂 | 第20页 |
| 1.4.2 作结构材料和进行材料改性 | 第20页 |
| 1.4.3 集成电路应用 | 第20页 |
| 1.4.4 制作石墨烯纳米带 | 第20-21页 |
| 1.4.5 作电极和电容材料 | 第21页 |
| 1.5 石墨烯黏结方面的国内外研究综述 | 第21-24页 |
| 1.5.1 黏结变形国内外研究综述 | 第22-23页 |
| 1.5.2 石墨烯黏结能国内外研究综述 | 第23页 |
| 1.5.3 黏结现象的影响国内外研究综述 | 第23-24页 |
| 1.5.4 黏结理论和模型国内外研究综述 | 第24页 |
| 1.6 纳米尺度碳材料连续介质力学应用研究综述 | 第24-30页 |
| 1.7 本文前期研究工作 | 第30-35页 |
| 1.8 本文研究方法和难点分析 | 第35-39页 |
| 1.8.1 本文研究方法分析 | 第35-37页 |
| 1.8.2 本文模型和宏观尺度模型的差异 | 第37-38页 |
| 1.8.3 本文难点分析 | 第38-39页 |
| 1.9 本文研究目的和内容 | 第39-41页 |
| 1.9.1 本文研究目的 | 第39-40页 |
| 1.9.2 本文主要研究内容 | 第40-41页 |
| 1.10 本文的贡献 | 第41-42页 |
| 1.11 本文技术路线 | 第42-43页 |
| 2 石墨烯-纳米探针黏结行为数值模拟理论基础 | 第43-61页 |
| 2.1 石墨烯碳原子成键形式和层间力 | 第43-44页 |
| 2.1.1 石墨烯中碳原子成键形式 | 第43页 |
| 2.1.2 石墨烯层间作用力 | 第43-44页 |
| 2.2 原子力显微镜在石墨烯研究中的应用 | 第44-46页 |
| 2.2.1 原子力显微镜原理和特征 | 第44-45页 |
| 2.2.2 用原子力显微镜研究石墨烯 | 第45-46页 |
| 2.2.3 石墨烯黏结行为研究意义 | 第46页 |
| 2.3 小尺寸效应与黏结建模因素分析 | 第46-47页 |
| 2.3.1 小尺寸效应分析 | 第46页 |
| 2.3.2 黏结行为建模关键因素分析 | 第46-47页 |
| 2.4 现有接触理论适用性分析 | 第47-50页 |
| 2.5 本文模拟方法选择 | 第50-51页 |
| 2.6 石墨烯层等效壳体化处理 | 第51-53页 |
| 2.7 黏结过程分析和界面间作用力推导 | 第53-60页 |
| 2.7.1 原子间作用势选择 | 第54-55页 |
| 2.7.2 黏结体原子密度确定 | 第55-56页 |
| 2.7.3 三类相互作用分析和推导 | 第56-59页 |
| 2.7.4 利用黏结能确定界面作用函数参数 | 第59-60页 |
| 2.8 非线性特征分析和子程序编制 | 第60页 |
| 2.9 本章小结 | 第60-61页 |
| 3 石墨烯-AFM探针黏结行为数值模拟的静态法 | 第61-91页 |
| 3.1 模型结构 | 第61-65页 |
| 3.1.1 探针刚体化处理 | 第62页 |
| 3.1.2 层间摩擦状态 | 第62页 |
| 3.1.3 模型Ⅰ—层间无限大摩擦模型 | 第62-64页 |
| 3.1.4 模型Ⅱ—层间零摩擦模型 | 第64-65页 |
| 3.1.5 模型Ⅲ—层间有限摩擦模型 | 第65页 |
| 3.2 模型要件设置 | 第65-71页 |
| 3.2.1 网格尺寸跨度 | 第65-66页 |
| 3.2.2 网格过渡方法 | 第66页 |
| 3.2.3 边界条件设定 | 第66-68页 |
| 3.2.4 基体表面作用影响系数 | 第68页 |
| 3.2.5 模型参数赋值 | 第68-69页 |
| 3.2.6 接触对定义 | 第69-70页 |
| 3.2.7 界面作用子程序 | 第70-71页 |
| 3.2.8 探针运行方式设定 | 第71页 |
| 3.3 模型测试和运行 | 第71-78页 |
| 3.3.1 模型测试 | 第71-73页 |
| 3.3.2 模型计算过程 | 第73-74页 |
| 3.3.3 数据处理 | 第74-78页 |
| 3.4 结果分析 | 第78-90页 |
| 3.4.1 层间无限大摩擦模型 | 第78-81页 |
| 3.4.2 层间零摩擦模型 | 第81-84页 |
| 3.4.3 层间有限摩擦模型 | 第84-89页 |
| 3.4.4 三类模型结果数据对比 | 第89-90页 |
| 3.5 模型静态计算结论 | 第90页 |
| 3.6 本章小结 | 第90-91页 |
| 4 石墨烯-AFM探针粘结行为数值模拟的动态法 | 第91-107页 |
| 4.1 模型结构和参数 | 第91-92页 |
| 4.1.1 模型尺寸 | 第91页 |
| 4.1.2 模型材料参数 | 第91-92页 |
| 4.2 模型配置 | 第92-95页 |
| 4.2.1 网格生成 | 第92-93页 |
| 4.2.2 边界条件设定 | 第93-94页 |
| 4.2.3 探针运行方式 | 第94页 |
| 4.2.4 用户子程序 | 第94-95页 |
| 4.3 模型运行 | 第95-99页 |
| 4.3.1 运算过程 | 第95页 |
| 4.3.2 数据处理 | 第95-99页 |
| 4.4 结果分析 | 第99-105页 |
| 4.4.1 层间无限大摩擦模型 | 第99-102页 |
| 4.4.2 层间零摩擦模型 | 第102-105页 |
| 4.4.3 模型结果对比 | 第105页 |
| 4.5 动态替代算法提出的意义 | 第105-106页 |
| 4.6 模型计算总结 | 第106页 |
| 4.7 本章小结 | 第106-107页 |
| 5 石墨烯-AFM探针粘结行为实验研究 | 第107-129页 |
| 5.1 实验设备 | 第107-109页 |
| 5.1.1 NT-MDT原子力显微镜 | 第107页 |
| 5.1.2 徕卡DM2700M全功能显微镜 | 第107-108页 |
| 5.1.3 拉曼光谱显微镜 | 第108-109页 |
| 5.2 实验过程 | 第109-114页 |
| 5.2.1 石墨烯制备 | 第109-110页 |
| 5.2.2 探针选用 | 第110-111页 |
| 5.2.3 石墨烯定位 | 第111-112页 |
| 5.2.4 测量过程 | 第112-114页 |
| 5.3 实验数据处理 | 第114-117页 |
| 5.3.1 数据生成过程 | 第114页 |
| 5.3.2 电信号转换 | 第114-116页 |
| 5.3.3 数据归一化处理 | 第116-117页 |
| 5.4 测量数据分析 | 第117-118页 |
| 5.5 实验和模型计算对比分析 | 第118-126页 |
| 5.5.1 黏结力 | 第118-121页 |
| 5.5.2 接触面积和摩擦 | 第121-122页 |
| 5.5.3 基体表面影响和预滑动黏结 | 第122-126页 |
| 5.6 实验研究结论 | 第126-127页 |
| 5.7 本章小结 | 第127-129页 |
| 6 结论和展望 | 第129-131页 |
| 6.1 主要结论 | 第129-130页 |
| 6.2 本文创新点 | 第130页 |
| 6.3 后续工作展望 | 第130-131页 |
| 致谢 | 第131-133页 |
| 参考文献 | 第133-145页 |
| 附录 | 第145-148页 |
| A. 作者在攻读博士学位期间发表的论文 | 第145页 |
| B. 获奖 | 第145页 |
| C. 攻读博士学位期间参加的部分科研项目 | 第145-146页 |
| D Abaqus子程序接 | 第146-148页 |
