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纳米粒子在SiC/PTFE复合材料中分散三维仿真与分形表征

王玲 何春霞

王玲, 何春霞. 纳米粒子在SiC/PTFE复合材料中分散三维仿真与分形表征[J]. 复合材料学报, 2012, (6): 144-151.
引用本文: 王玲, 何春霞. 纳米粒子在SiC/PTFE复合材料中分散三维仿真与分形表征[J]. 复合材料学报, 2012, (6): 144-151.
WANG Ling, HE Chunxia. 3D simulation and fractal characterization of nano particles dispersion in SiC/PTFE composites[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2012, (6): 144-151.
Citation: WANG Ling, HE Chunxia. 3D simulation and fractal characterization of nano particles dispersion in SiC/PTFE composites[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2012, (6): 144-151.

纳米粒子在SiC/PTFE复合材料中分散三维仿真与分形表征

基金项目: 中央高校基本科研业务费专项基金(KYZ200921); 高等学校博士点基金(20060307002)
详细信息
    通讯作者:

    王玲,博士,副教授,从事图像处理与模式识别E-mail:Lingw@njau.edu.cn

  • 中图分类号: TB330.1;TP391.9

3D simulation and fractal characterization of nano particles dispersion in SiC/PTFE composites

  • 摘要: 为了从理论上探讨纳米粒子在基体材料中的分布规律, 以纳米SiC质量分数为3%、 5%、 7%、 9%的SiC/PTFE(聚四氟乙烯)复合材料为例, 根据纳米SiC的半径(25 nm)、 密度(3.2 g/cm3)、 质量分数和基体材料的密度(2.2 g/cm3), 以10-12 g为质量单位、 25 nm:1像素为比例尺, 建立了纳米粒子在基体中均匀/偏聚分布的三维仿真模型, 基于其盒维数定量表征了不同团聚/偏聚程度的纳米粒子的分散度, 并进行了力学实验验证。结果表明: 均匀分布下随着纳米SiC粒子半径的不断增加, 或体积分数的不断减小, 其盒维数也逐渐减小; 当SiC粒子半径超过100 nm时, 不再具有分形特性。偏聚分布下随着纳米SiC粒子(半径为50 nm)间距的不断加大, 或体积分数的不断减小, 或层状、 线状、 团状分布的依次改变, 其盒维数也逐渐减小; 相同体积分数下偏聚分布的盒维数低于均匀分布; 当粒子间距超过450 nm时, 不再具有分形特性。均匀分布下纳米SiC/PTFE复合材料的力学性能测试结果与其三维仿真模型的盒维数线性相关(|R|>0.9)。盒维数可定量表征纳米粒子的分散度, 并可用于预测纳米复合材料的宏观性能。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2011-10-23
  • 修回日期:  2012-03-16
  • 刊出日期:  2012-12-15

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