随机排布碳纳米管网络刚度阈值概述

摘要

随着网络密度的增加,碳纳米管网络的整体性能可能发生突变,例如其电导率在渗流阈值附近会发生突增.受此启发,研究并揭示了碳纳米管网络刚度中存在的阈值现象:随密度增加,碳纳米管网络的刚度可由两个临界点分为三个阶段,即零刚度段、弯曲主导段和拉伸主导段.较低的临界密度值可用来判断网络是否有承受和传递载荷的能力,被定义为刚度阈值;较高的临界密度可用来判断网络是否能高效地承受和传递载荷,被定义为弯-拉转变阈值.通过几何概率分析,建立了能够预测这两个阈值并分析其存在机理的理论模型.首先,发现刚度阈值是由网络中碳纳米管的静定性决定的,并据此定义了网络的稳定率来定量预测刚度阈值.第二个阈值,即弯-扭转变阈值,标志着网络中碳纳米管主要变形模式的转变,因此可以用网络缺陷率来定量估计.基于两个阈值的研究,网络的刚度可以表示为简单的分段公式.本研究为碳纳米管的优化设计和性能预测提供了理论依据.