碳纳米管越细越好吗?——碳纳米管直径对复合材料断裂韧性的影响

摘要

本文结合断裂力学和剪滞理论,通过多级失效分析,全面地研究了碳纳米管直径对整体复合材料断裂韧性的影响,包括碳纳米管直径本身作为一项重要的几何参数带来的直接影响以及直径变化导致碳纳米管等效强度、等效刚度变化而引入的间接影响.研究发现随着碳纳米管直径的减小,整体复合材料的失效模式会根据基体和界面的不同而呈现出不同的转换过程,在其中的一些转换过程中,随着碳纳米管直径的减小,复合材料的断裂韧性会因失效模式的转换而发生突降.因此,减小碳纳米管的直径不一定能提高整体复合材料的断裂韧性.此外,研究显示碳纳米管断裂的发生会大大降低其增韧效果,因此,为了提高整体复合材料的断裂韧性,应在材料微观结构设计中尽量避免碳管断裂失效的发生.