基于温度的亚稳态氧化石墨烯性能

单片层氧化石墨烯由于其优异的物理化学性能,在离子和分子筛选、水脱盐和净化、气体分离、生物传感、质子导体、锂电池和超级电容等领域有巨大的潜在应用.然而普遍采用的Hummers法等化学、物理方法制备的氧化石墨烯是一种亚稳态材料.其最终形态的物理化学性能的转变与调控至关重要,亟需系统研究.本文采用恒温处理方法对氧化石墨烯亚稳态的转变进行调控,利用X射线光电子吸收谱、傅里叶红外吸收谱、扫描电子显微镜等方法检测氧化石墨烯含氧基团的含量、类型和形貌与温度的变化关系,并利用Zeta电位、紫外吸收谱、拉力测试分析温度对氧化石墨烯在转变过程中的溶液悬浮稳定性、光子能带、拉伸强度等性能的影响.所得定量测试结果发现,氧化石墨烯亚稳态的转变过程中存在环氧减少、羟基增加,以及整体含氧量下降的现象,而在此过程中氧化石墨烯的单片层形貌并无明显变化.但是这种结构的转变使得悬浮液黏稠度和亲水性大幅度增强,能带减小和拉伸强度增强效应明显.而当转变过程足够长时,氧化石墨烯的亲水性转而下降,并出现沉淀现象,表明羟基之间进一步发生了脱水转变.另外,本文还分析了恒温处理的时间、悬浮液的浓度对这种转变过程的影响.相关研究结果有利于理解亚稳态氧化石墨烯悬浮液随温度变化的性能转变,对氧化石墨烯具体应用有一定参考价值.     

块Lanczos法在大跨屋盖风致响应中的应用

提出块Lanczos向量直接叠加法分析大跨屋盖结构的风致响应.将适用于单个初始荷载向量的Lanczos方法推广到由多个初始荷载向量线性组合的一般动力荷载情况.由于不仅Lanczos块内的向量之间相互正交,而且Lanczos块之间也相互正交,屋盖结构的运动方程变换为块三对角矩阵的带状形式.这个途径不仅便于有效地应用时间域逐步积分解法,而且便于应用频率域解法.对脉动风荷载作用下的屋盖结构,多个初始荷载向量可应用本征正交分解得到.它将风压场分解为主坐标与协方差模态的组合,主坐标仅依赖时间而协方差模态仅依赖空间位置.根据圆拱顶屋盖模型风洞试验得到的风荷载,采用块Lanczos法、一般的Lanczos法以及传统的模态叠加法计算了屋盖竖向位移响应.对块Lanczos法的精度及效率作了讨论.     

石墨烯/聚乙烯复合材料及其拉伸性能的分子动力学模拟

利用分子动力学方法,模拟石墨烯/聚乙烯复合材料的微观结构和性能,并采用单轴拉伸模拟方法研究石墨烯/聚乙烯复合材料的拉伸性能.结果表明,在石墨烯/聚乙烯复合材料平衡构型中,聚乙烯基体分子在石墨烯表面处形成多层吸附层,吸附层处于动态稳定状态,层内分子可以发生扩散迁移.吸附层内聚乙烯分子发生"吸附固化"现象,分子弯曲程度减弱,发生有序排列,且在垂直于石墨烯方向的运动性能受到抑制.拉伸模拟结果表明,石墨烯能够提高聚乙烯材料的拉伸性能.在弹性区和屈服区,石墨烯阻碍了复合材料在垂直于拉伸方向的压缩变形,聚乙烯分子"吸附固化"结构保持稳定,引起体系整体应力的迅速升高.在软化区,由于石墨烯发生剧烈弯曲,"吸附固化"结构发生破坏,最终引起体系应力迅速减小.在弹性区和屈服区,体系应变主要引起了非键相互作用的改变.在软化区之后,应变主要导致了体系内分子成键相互作用的改变.应变速率能够提高复合材料的屈服应力,而不改变复合材料应力应变的整体趋势.