碳纳米管-石墨烯泡沫复合材料的拉伸强度和韧性及其微观影响机制

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碳纳米管（CNT）-石墨烯泡沫（GF）复合材料（CGFC）因其独特性能而受到广泛关注，但影响其拉伸强度和韧性的因素及机制仍不明确。本研究采用粗粒分子动力学模拟方法，系统研究了石墨烯刚度、CNT长度和CNT数量对纯石墨烯泡沫及CGFC拉伸强度和韧性的影响。研究结果表明，CGFC的拉伸强度为66.5 MPa、韧性为34.4 MJ/m³，相比纯GF（18.0 MPa和11.2 MJ/m³）显著提升，这是由于额外的石墨烯-CNT-石墨烯接触增强了石墨烯片层间的相互连接性。值得注意的是，石墨烯刚度对拉伸性能的影响呈现有趣现象：石墨烯刚度越低，泡沫的强度和韧性越高。这一现象源于较软石墨烯的变形能力增强，促进了更多石墨烯-石墨烯和石墨烯-CNT-石墨烯接触的形成，从而显著提高了互连性，进而改善了强度和韧性。此外，更长的CNT长度和更多的CNT数量均有助于强度和韧性的提升，这主要归因于石墨烯-CNT-石墨烯接触数量增加，增强了石墨烯层间的连接性。这些发现为利用CNT和石墨烯设计高强度、高韧性材料提供了理论指导。

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