石墨烯增强铝基纳米复合材料扭转载荷下的微观变形行为

李如峰1)，李多生1)2)，叶寅1)，余欣秀1)，岛洋洋1)，江五贵1)，秦庆华3) 1) (南昌航空大学材料科学与工程学院） 2) (轻质航空先进材料研究所） 3) (深圳北理莫斯科大学前沿交叉技术研究院）

摘要：采用分子动力学模拟, 构建纯铝及含0.5%(体积分数) 的1—3 层石墨烯0°, 90°嵌入的石墨烯增强铝基纳米复合材料(Gr/Al nanocomposites) 的7 种模型, 探究Gr/Al 纳米复合材料扭转载荷下微观变形行为. 仿真结果表明, 石墨烯显著影响铝基的扭转力学响应: 石墨烯通过机械互锁与电子-声子耦合降低体系势能、平缓动能, 含石墨烯的纳米复合材料体系剪切应力波动更剧烈、极值更大; 0°嵌入时随层数增加影响更显著, 3 层石墨烯0°嵌入(3-Gr-0°) 在540°—610°附近应力极端值突出, 表明3-Gr-0°可承受更大的扭转载荷. 进一步研究发现, 3-Gr-0°中石墨烯对铝原子近短程和长程有序性的破坏作用更明显, 阻碍位错传播, 使初始位错角度增大, 位错类型仍以Shockly 为主. 本研究为该类复合材料结构设计与性能优化提供理论参考.

关键词：石墨烯, 铝基纳米复合材料, 分子动力学, 扭转模拟