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Bouligand 状结构的 CNT 薄膜,通过俯仰角和管间相互作用可调节冲击性能
Carbon ( IF 10.5 ) Pub Date : 2024-01-31 , DOI: 10.1016/j.carbon.2024.118888 Jiaxuan Li , Yushun Zhao , Linlin Miao , Weizhe Hao , Guoxin Zhao , Junjiao Li , Yuna Sang , Xiaodong He , Chao Sui , Chao Wang
Carbon ( IF 10.5 ) Pub Date : 2024-01-31 , DOI: 10.1016/j.carbon.2024.118888 Jiaxuan Li , Yushun Zhao , Linlin Miao , Weizhe Hao , Guoxin Zhao , Junjiao Li , Yuna Sang , Xiaodong He , Chao Sui , Chao Wang
Bouligand 结构的特点是纤维呈螺旋状排列,在节肢动物中普遍存在。利用这种结构固有的卓越的抗冲击性,螳螂虾可以毫不费力地用它们的指节棒敲碎贝类的壳。受这种自然现象的启发,我们提出了一种新型的类 Bouligand 结构碳纳米管薄膜(BCNF),它将 Bouligand 结构与超强一维碳纳米管(CNT)相结合。通过分子动力学模拟的系统研究,我们探索了 BCNF 的抗冲击性和能量耗散特性。我们的结果表明,可以通过调整 BCNF 的俯仰角来调整不同速度下的冲击行为。在1 km/s的撞击速度下,弹丸撞击后表现出嵌入薄膜、反弹和穿透等三种典型现象。在 2 km/s 的冲击速度下,所有薄膜都被击穿。此外,为了增强 BCNF 的抗冲击性,我们引入了管间交联键,形成交联的 Bouligand 状结构 CNT 薄膜(CBCNF)。研究表明,交联有效地调节了薄膜的能量耗散模式。随着交联密度的增加,主要的能量耗散模式从碳纳米管的界面滑动和弯曲转变为碳纳米管的断裂和塌陷。这项研究为碳纳米管薄膜的微观结构设计提供了宝贵的见解,并为其在冲击防护中的应用提供了理论指导。
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更新日期:2024-01-31
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