拉伸條件下石墨烯泡沫的介觀(guān)結構演化過(guò)程，以及與Arvind教授原位拉伸試驗SEM圖的對比情況
北京理工大學(xué)姚裕貴研究組（潘斗興博士后，姚裕貴教授）與中國科學(xué)院力學(xué)研究所王自強院士團隊合作，為石墨烯泡沫建立了介觀(guān)理論模型，合理描述了石墨烯泡沫特有的多峰本構行為與韌性斷裂模式。
石墨烯作為范德華層狀體系的典型代表——石墨的二維形態(tài)，因其結構穩定性高、比表面積大，機械性能優(yōu)異以及物理性質(zhì)獨特等優(yōu)點(diǎn)，在電子器件、鋰離子電池、超級電容器、催化、油污清理等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應用前景，引起了人們濃厚的興趣。近年來(lái)，石墨烯又以非層疊的聚集態(tài)重新回歸到三維空間，從而發(fā)揮著(zhù)功能性與結構性的雙重作用。其中，以無(wú)序堆砌的方式相互鉸接而連通所形成的絮狀體，稱(chēng)為石墨烯泡沫（碳海綿的一種）。這種泡沫兼備了石墨烯與多孔材料的優(yōu)點(diǎn)，在材料科學(xué)界與能源工程界，甚至生物醫學(xué)界，均受到了不同程度的關(guān)注。
當前，國際上已有不少關(guān)于石墨烯泡沫的制備和性能以及潛在應用等方面的研究報道。然而，這些報道基本上還局限于實(shí)驗現象本身，缺乏具體的理論模型來(lái)探討其內在的物理力學(xué)機制。為補全該材料在理論研究上的短板，北京理工大學(xué)物理學(xué)院姚裕貴教授團隊與中科院力學(xué)所王自強院士團隊合作，在充分研究Arvind教授原位拉伸實(shí)試驗的基礎上，將二維Cranford-Buehler粗粒模型通過(guò)引入附加的物理交聯(lián)力與范德華力拓展到三維空間，為石墨烯泡沫建立了合理的介觀(guān)模型，并結合Virial應力云圖與粗粒動(dòng)力學(xué)過(guò)程，深入地揭示了多峰本構曲線(xiàn)與韌性斷裂模式的內在機制。在此基礎上，他們給出了不同密度泡沫材料有效拉伸模量的冪律標度律，并進(jìn)一步根據Newnham分類(lèi)原理，將這種材料特有的屈服準則與多峰特性關(guān)聯(lián)到泡沫結構的空間連通性上，從而為石墨烯泡沫的優(yōu)化設計與工程應用提供了理論指導，也為定量表征該材料力學(xué)行為的宏觀(guān)唯象模型奠定了堅實(shí)的介觀(guān)理論基礎。
資料來(lái)源：北京理工大學(xué)
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