碳纳米材料的结构及其力学

　　本书以碳纳米材料构筑而成的跨尺度材料为研究对象，主要包括螺旋卡拜纤维、碳纳米管纤维、碳纳米管薄膜、碳纳米管剪裁结构以及氧化石墨烯基薄膜/空心球混杂体。采用先进的力学测试技术（包括原位力学测试技术与宏观力学测试技术）结合理论预测方法（包括分子模拟与连续理论）对这类材料的力学性质以及失效机制进行了深入探讨。

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目录
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 碳纳米材料研究进展 1
1.2.1 碳纳米材料的制备 1
1.2.2 碳纳米材料的力学性能及其多功能应用 4
1.3 本书的主要内容 8
第2章 螺旋卡拜纤维 10
2.1 引言 10
2.2 螺旋卡拜纤维的拉伸模拟 10
2.2.1 螺旋卡拜纤维的构造 10
2.2.2 模拟细节 11
2.3 螺旋卡拜纤维杨氏模量的连续理论预测模型 12
2.3.1 卡拜纳米结构的模型描述 12
2.3.2 v，E和d的解析公式和显式表达式 14
2.3.3 螺旋卡拜纤维连续理论预测模型 15
2.4 拉伸力学行为和力学性质 18
第3章 碳纳米管纤维 26
3.1 引言 26
3.2 一级螺旋碳纳米管纤维拉伸力学性质理论预测模型 26
3.2.1 一级螺旋碳纳米管纤维全原子模型 26
3.2.2 一级螺旋碳纳米管纤维自组装行为 27
3.2.3 一级螺旋碳纳米管纤维拉伸断裂机制 28
3.2.4 一级螺旋碳纳米管纤维拉伸力学性质 31
3.3 多级螺旋碳纳米管纤维拉伸力学性质理论预测模型 32
3.3.1 多级螺旋碳纳米管纤维粗粒化模型 32
3.3.2 多级螺旋碳纳米管纤维的断裂强度和杨氏模量 34
3.3.3 多级螺旋碳纳米管纤维的拉伸断裂机制 37
3.4 随机分布碳纳米管纤维拉伸力学性质理论预测模型 41
3.4.1 随机分布碳纳米管纤维粗粒化模型 41
3.4.2 随机分布碳纳米管纤维的拉伸断裂机制 42
3.4.3 随机分布碳纳米管纤维的比强度和比模量 43
3.5 碳纳米管纤维内部管间界面失效分析 45
3.5.1 两单根碳纳米管之间的剪切失效 46
3.5.2 两单根碳纳米管之间的剥离失效 53
第4章 碳纳米管薄膜 60
4.1 引言 60
4.2 高强巴基纸 60
4.2.1 基于PAMAM树枝状大分子的内部界面改性设计 60
4.2.2 巴基纸的拉伸力学性质 62
4.2.3 基于分子模拟的巴基纸界面增强分析 64
4.3 碳纳米管编织薄膜 69
4.3.1 基于平纹编织的碳纳米管薄膜全原子模型 69
4.3.2 碳纳米管编织薄膜的面内力学性质 71
4.3.3 碳纳米管编织薄膜的抗冲击性能 72
4.4 定向排列碳纳米管薄膜 77
4.4.1 定向排列碳纳米管薄膜结构 77
4.4.2 定向排列碳纳米管薄膜各向异性力学性质 78
4.4.3 定向排列碳纳米管薄膜/环氧树脂夹层复合材料 82
4.4.4 定向排列碳纳米管薄膜/PDMS夹层复合材料 87
第5章 碳纳米管剪裁结构 92
5.1 引言 92
5.2 碳纳米管拉花结构 92
5.2.1 碳纳米管拉花结构分子模型 92
5.2.2 碳纳米管拉花结构拉伸力学性质 94
5.3 碳纳米管/石墨烯纳米带混杂体 105
5.3.1 碳纳米管/石墨烯纳米带混杂体及其复合材料的制备 105
5.3.2 碳纳米管/石墨烯纳米带混杂体增强复合材料的力学性质 107
5.3.3 碳纳米管/石墨烯纳米带混杂体从基体中拔出分子动力学模拟 109
第6章 氧化石墨烯基薄膜/空心球混杂体 114
6.1 引言 114
6.2 单片多层氧化石墨烯拉伸力学性质 114
6.2.1 测试材料准备 114
6.2.2 单片多层氧化石墨烯的原位拉伸测试 115
6.2.3 单片多层氧化石墨烯的拉伸断裂机制 116
6.2.4 单片多层氧化石墨烯的拉伸分子动力学模拟 119
6.3 氧化石墨烯基薄膜/空心球混杂体的制备及结构表征 123
6.4 氧化石墨烯基薄膜/空心球混杂体的拉伸力学性质 127
6.5 空心球与薄膜之间的结合强度 128
6.5.1 结合强度的原位力学测试及结果分析 128
6.5.2 空心球从薄膜剥离的分子动力学模拟 130
6.6 空心球的压缩力学性质 131
6.6.1 空心球原位压缩测试及结果分析 131
6.6.2 空心球压缩的分子动力学模拟 133
6.7 氧化石墨烯基薄膜/空心球混杂体夹层复合材料 138
6.7.1 夹层复合材料的制备 138
6.7.2 夹层复合材料的拉伸力学性能测试及结果分析 138
总结与展望 140
参考文献 141
附录 与本书内容相关的已发表的学术论文、发明专利及奖励 161
编后记 163