石墨层σ键与裂纹扩展的分析和预测

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1、论文独创性声明本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或者其他机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了感谢。作者签名：座遮丛日期：丝EU论文使用授权声明本人同意上海海事大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网公布论文的全部和部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定。作者签名：盔遮基导师签名：

2、乏坳rc日期：兰i：王[上海海事大学硕士学位论文石墨层。键与裂纹扩展的关系第一章绪论纳米材料科学是一门新兴的发展迅速的材科科学。纳米材料又称为超细微粒、超细粉末，尺寸范围为r100nm。纳米是一种几何尺寸的量度单位，1纳米约等于4～5个原子排列起来的长度，正好处于原子、分子为代表的微观世界和以人类活动空阅为代表的宏观世界的中间地带，也就是物理学、化学、材料科学、生命科学以及信息科学发展的新领域。一方面，纳米材料中包括了若干个原子、分子，使得人们可以在原子层面上进行材料和器件的设计与制备。通俗来说，纳米材料一方面可以被

3、当作一种“超分子”，充分地展现出量子效应；而另一方面它也可以被当作一种非常小的“宏观物质”，以致于表现出前所未有的特性。许多化学和生物反应的过程也发生在纳米尺度的层面上，因此探测纳米尺度内物理、化学和生物性质的变化，将加深对客观世界的理解。纳米材料已经成为当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象。纳米科技是指在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。关于纳米尺度上的科学和技术问题最早是由著名物理学家、诺贝尔获得者理查德．费曼于1959年在他的一

4、次演讲中提出的。20世纪80年代初扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)等微观表征和操纵技术的发明，使得费曼的这一期望变成了现实，它们对纳米科技的发展起到了积极的促进作用11l。纳米科技被看作是21世纪三大关键技术之一，它的迅猛发展将引起到世纪诸多科学领域的革命。当代纳米科学技术的研究领域集中在三个方面。第一，具有特殊性能的纳米材料和纳米结构的研究，以及在改善传统材料的综合性能方面的应用，例如以纳米技术为依托，开发比现有的钢的强度高十倍，而比重大大降低的新的结构材料。第二，设计、制备新型纳米结构和器件，以推

5、动信息、能源、环境、医疗、农业及航天技术的革新和发展，如信息技术中的新型存储、显示和运算器件。第三，纳米加工和纳米探测技术的实践应用，如能探测只有几个癌变细胞的手段等。再如，微米尺度的加工技术和结构或材料是当代微电子工业的支柱，而纳米技术(包括制备和加工等)和纳米材料将成为下一代微电子器件的基础。对于纳米科技的发展，纳米材料是它的前导，在现阶段应给以特别的支持。因为纳米材料集中体现了小尺寸、复杂构型、上海海事大学硕士学位论文石墨层。键与裂纹扩展的关系高集成度和强度相互作用以及高比表面积等现代科学技术发展的特点，其中最

6、应该指出的是纳米材料是将量子力学效应工程化或技术化的最好场合之一，可能会产生全新的物理、化学现象[21。1991年，日本学者饭岛(Iijima)【习发现了第一根碳纳米管，标志着纳米技术迅猛发展时代的开始。碳纳米管作为一种新型准一维功能材料日益受到人们的关注，它独特的结构使它具有许多优异的性能：小尺度、低密度、高硬度和强度以及独特的电学性质。这些奇异的性能导致了碳纳米管有着潜在的、广泛的、难以估量的巨大应用前景，碳纳米管将在材料、电子、计算机技术等领域引起一场革命。1．1碳纳米管的发现与结构特征仅仅在十几年前，人们一般

7、认为晶态碳的同素异形体只有两种：石墨和金刚石。1985年，英国Sussex大学的Kroto教授和Rice大学的Smalley教授进行合作研究，用激光轰击石墨靶以尝试用人工方法合成一些宇宙中的长碳链分子。在所锝产物中他们意外发现了碳原子的一种新颖的排列方式，∞个碳原子排列于一个截角二十面体的60个顶点，构成一个与现代足球形状完全相同的中空球，这种直径仅为0．7nm的球状分子即被称为碳60分子。此即为碳晶体的第三种形式14I。图1·1各种结构的碳系材料，从左到右包括金刚石，碳60(c∞)，石墨和碳纳米管。(图片由美国莱斯

8、大学RicardSmalley提供)2上海海事大学硕士学位论文石墨层O键与裂纹扩展的关系1991年，碳晶体家族的又一新成员出现了，这就是碳纳米管。日本NEC公司基础研究实验室电子显微镜专家lijima在高分辨率透射电子显微镜下观察C60结构时，偶然发现了直径4～30nm，长达um量级、管壁呈石墨结构的多层碳分子，这就是今天被广泛关注的碳纳米管，