三维石墨烯负泊松比超材料3D打印制备方法与力学性能可调控性研究

基本信息
批准号:51702142
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:张强强
学科分类:
依托单位:兰州大学
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王存洪,马延斌,王玉,张宝强,赵可人,张靖翔
关键词:
负泊松比效应3D打印技术多尺度结构剪裁力学性能调控石墨烯超材料
结项摘要

3D printing three-dimensional (3D) graphene auxetic metamaterials (GMs) possess more controllable tunability of mechanical, electrical and magnetic properties than those of conventional porous carbon nanomaterials, suggesting its promising applications as protective device, smart actuator, and soft sensor, to name a few. Such research of GMs has become one of the frontier hotspot in material, physics and mechanics fields. This proposal will develop a novel 3D printing technique for structure precise tailoring of 3D monolithic graphene at multiscale. At first, the 3D GMs with negative Poisson’s ratio (NPR) will be designed and produced by as-designed 3D printing method. Then, the corresponding experiments will be conducted to study mechanical properties, magnetic-actuated smart response and deformation mechanism of elastic elements. At last, the tunable mechanism of precise structures tailoring at multiscale derived improvements for mechanical properties such as Poisson’s ratio, compressive strength and magnetic-actuated deformation will be revealed through SEM in situ observation and theoretic modeling analysis. The research achievements of this project will promote the current development of 3D graphene material research of our Nation, obtaining the 3D printing approach for GMs’ fabrication with independent intellectual property rights, and facilitating diversify of monolithic graphene research methodologies.

3D打印三维石墨烯超材料较传统的多孔碳纳米材料具有更好的力、电、磁等性能可调控性,在未来防护器件、智能驱动和柔性传感等领域应用前景广阔,是目前材料、物理、力学等学科重要的前沿领域之一。本项目就三维石墨烯材料多尺度结构精确剪裁的3D打印关键技术开展研究,设计并获取具有负泊松比效应的三维石墨烯超材料,实验研究其相关的力学性能、磁驱智能响应和弹性单元形变机理,通过SEM原位观测与理论建模分析,揭示该材料多尺度结构剪裁形态对力学参数如泊松比、抗压强度、磁致变形等的调控机制。本项目的研究将拓展我国目前三维石墨烯材料的研究空间,获得具有自主知识产权的相关材料3D打印制备方法,丰富三维石墨烯宏观体的研究手段。

项目摘要

三维石墨烯宏观体材料的研究主要关注材料力学可压缩性、导电、电化学催化及吸附等性能,相关材料制备方法基本都采用 CVD、水热反应或超临界干燥技术。受限于沉积模板和反应容器几何形状,目前三维石墨烯宏观体存在多尺度结构形态可剪裁难度大、抗压强度低、大尺度制备困难,以及微观石墨烯片 π-π 共轭连接界面受拉作用下极易发生节点开裂和结构破坏等问题,从而极大的限制了该材料的应用前景。3D打印三维石墨烯超材料较传统的多孔碳纳米材料具有更好的力、电、磁等性能可调控性 ,在未来防护器件、智能驱动和柔性传感等领域应用前景广阔,是目前材料、物理、力学等学科重要的前沿领域之一。本项目就三维石墨烯材料多尺度结构精确剪裁的3D打印关键技术开展了系统研究,设计并获取了具有负泊松比效应的三维石墨烯超材料,实验研究了相关的力学性能和弹性单元形变机理,通过SEM观测与理论建模分析,揭示了该材料多尺度结构剪裁形态对力学参数如泊松比、抗压强度等性能的调控机制。本项目的研究将拓展我国目前三维石墨烯材料的研究空间,获得了具有自主知识产权的相关材料3D打印制备方法,丰富三维石墨烯宏观体的研究手段。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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