本书介绍了作者近年来在石墨烯及氧化石墨烯复合材料内部微观结构和界面力学设计与功能化方面的研究工作，涵盖了石墨烯及氧化石墨烯复合材料制备、微观结构、力学性能与强韧化、仿生设计、界面优化、损伤修复等方面的研究成果，主要内容包括：石墨烯或氧化石墨烯聚合物复合材料的当前研究进展和存在的问题，石墨烯及氧化石墨烯复合材料制备、材料内部微观结构和异质界面的力学仿生设计、材料变形破坏微观力学机制、材料内部损伤破坏的微波修复与“微波-物质”耦合机理等。 本书可作为复合材料、力学、材料科学等专业高年级本科生、研究生、研究人员和工程师的参考书。

太原理工大学航空航天学院李永存

目　录 ▲ CONTENTS
前　言
第1章　绪论1
1.1　研究背景1
1.2　国内外研究现状1
1.2.1　石墨烯及氧化石墨烯材料1
1.2.2　石墨烯及氧化石墨烯增强聚合物复合材料的结构和界面4
1.2.3　石墨烯及氧化石墨烯增强聚合物复合材料的力学性能6
1.2.4　石墨烯及氧化石墨烯增强聚合物复合材料的功能特性8
1.3　主要研究内容、方法和意义9
参考文献10
第2章　从无序到有序微观结构对氧化石墨烯增强聚氨酯复合
材料力学性能和功能化的影响17
2.1　引言17
2.2　材料制备与性能测试18
2.2.1　氧化石墨烯增强聚氨酯复合薄膜的制备18
2.2.2　氧化石墨烯增强聚氨酯复合薄膜力学性能测试及形貌表征19
2.3　氧化石墨烯增强聚氨酯复合薄膜力学性能19
2.4　氧化石墨烯增强聚氨酯薄膜内部微观结构特征20
2.5　复合薄膜内部微观结构调控下的应力分布与应力传递22
2.5.1　含有低量氧化石墨烯增强聚氨酯复合薄膜内部应力分析22
2.5.2　含有中量氧化石墨烯增强聚氨酯复合薄膜内部应力分析23
2.5.3　含有高量氧化石墨烯增强聚氨酯复合薄膜内部应力分析25
2.6　氧化石墨烯增强聚氨酯复合薄膜力学增强机制分析27
2.7　氧化石墨烯增强聚氨酯复合薄膜的功能性拓展28
2.8　本章小结29
参考文献30
第3章　微观结构和界面结合对氧化石墨烯基仿生贝壳复合
材料力学性能的影响机制32
3.1　引言32
3.2　材料制备与性能测试33
3.2.1　氧化石墨烯基仿生贝壳珍珠层薄膜制备33
3.2.2　氧化石墨烯基仿生贝壳珍珠层纤维的制备34
3.2.3　氧化石墨烯基仿生贝壳珍珠层复合材料力学性能测试与形貌表征35
3.3　层间结构和界面调控下氧化石墨烯基仿生贝壳薄膜力学行为35
3.3.1　氧化石墨烯基仿生贝壳珍珠层薄膜力学性能35
3.3.2　层间结构对氧化石墨烯基仿生贝壳珍珠层薄膜力学性能的影响37
3.3.3　界面结合对氧化石墨烯基仿生贝壳珍珠层薄膜力学性能的影响39
3.4　层间结构和界面调控下氧化石墨烯基仿生贝壳珍珠层纤维力
学性能42
3.4.1　氧化石墨烯基仿生贝壳珍珠层纤维力学性能43
3.4.2　层间结构调控氧化石墨烯基仿生贝壳珍珠层纤维力学性能45
3.4.3　界面结合调控氧化石墨烯基仿生贝壳珍珠层纤维力学性能51
3.5　层间缺陷对氧化石墨烯基仿生贝壳珍珠层纤维力学性能的影响52
3.6　本章小结55
参考文献56
第4章　氧化石墨烯基仿生贝壳珍珠层材料界面设计与优化59
4.1　引言59
4.2　材料的制备与性能测试60
4.2.1　聚乙烯醇/氧化石墨烯-碳纳米管仿生贝壳珍珠层薄膜制备60
4.2.2　聚乙烯醇/氧化石墨烯基仿生贝壳珍珠层三维块体的制备61
4.2.3　样品的力学性能测试及微观形貌表征63
4.3　氧化石墨烯基仿生贝壳材料的层内界面设计与调控64
4.3.1　聚乙烯醇/氧化石墨烯-碳纳米管仿生贝壳薄膜的力学性能64
4.3.2　聚乙烯醇/氧化石墨烯-碳纳米管仿生薄膜的有限元模拟65
4.3.3　层内界面调控下的损伤破坏行为及其强韧化机制68
4.4　氧化石墨烯基仿生贝壳珍珠层材料的层间界面设计与调控75
4.4.1　聚乙烯醇/氧化石墨烯基仿生贝壳三维块体的力学性能75
4.4.2　聚乙烯醇/氧化石墨烯基仿生贝壳三维块体的有限元分析77
4.4.3　层间界面调控下的损伤破坏行为及其强韧化机制82
4.4.4　还原氧化石墨烯基三维块体复合材料的电学性能和电热效应87
4.5　本章小结88
参考文献89
第5章　石墨烯和碳纳米管协同增强聚氨酯复合材料的力学行为及其损伤微波自修复性能91
5.1　引言91
5.2　材料的制备与性能测试93
5.2.1　石墨烯-碳纳米管/聚氨酯复合薄膜的制备93
5.2.2　“石墨烯-碳纳米管”异质结构增强聚氨酯复合薄膜的制备93
5.2.3　材料的表征94
5.2.4　材料的力学性能测试94
5.2.5　数值模拟建模方法94
5.3　石墨烯和碳纳米管协同增强聚氨酯复合材料力学性能95
5.3.1　石墨烯-碳纳米管/聚氨酯复合材料力学性能95
5.3.2　石墨烯和碳纳米管对聚氨酯复合材料的力学协同增强机理96
5.4　石墨烯-碳纳米管/聚氨酯复合材料的损伤自修复101
5.4.1　石墨烯-碳纳米管/聚氨酯复合材料自修复性能101
5.4.2　石墨烯-碳纳米管/聚氨酯复合材料的微波修复机理102
5.5　“石墨烯-碳纳米管”异质结构对聚氨酯力学和自修复性能的协同效应107
5.5.1　“石墨烯-碳纳米管”增强聚氨酯的力学和自修复性能107
5.5.2　“石墨烯-碳纳米管”异质结构对聚氨酯的力学增强协同效应108
5.5.3　“石墨烯-碳纳米管”异质结构对聚氨酯自修复性能的协同效应112
5.6　本章小结115
参考文献116
第6章　结语119