航空工业的快速发展对发动机与结构材料的轻量化、高比强度、耐高温等性能提出了更高的要求。运用第一性原理方法,从原子尺度出发对石墨烯/钛的吸附特性与界面结合强度展开研究,深入分析了吸附作用、界面结构和界面结合性,揭示了石墨烯增强钛基复合材料界面的微观机制以及影响界面性能的本质。首先,研究了单个钛原子在本征石墨烯、空位石墨烯和氮掺杂石墨烯薄膜表面的吸附机理。计算了各个吸附体系的吸附能、电子态密度和差分电荷密度,研究表明三个吸附体系碳钛间均产生了电子轨道杂化,掺氮后的石墨烯对钛原子的吸附性能略微增强,而空位石墨烯对钛的吸附能是本征石墨烯的4倍,费米能级附近电子态局域化程度最大,化学吸附效果最好。其次,研究了钛基石墨烯复合材料的界面结构与性能,建立了石墨烯/钛单界面模型(GR/Ti)和双界面模型(Ti/GR/Ti),计算了稳定界面的结合能、电子态密度、Mulliken布居以及径向分布函数。结果表明,双界面模型的结合能是单界面模型的2.3倍,相互作用更强;两种模型的石墨烯表面均与最邻近的两层钛原子发生相互作用,最邻近的Ti层与C原子发生强烈杂化,Ti原子d轨道贡献最大,Ti/GR/Ti模型的电荷转移量更多,共价作用更强;确定了界面键合特性为金属键和共价键,Ti/GR/Ti双界面模型的晶体结构和电子性质在界面平滑过渡,各层原子之间结合更为紧密,结构更稳定。最后,利用从头算分子动力学方法对石墨烯/钛复合材料界面模型进行温度效应的模拟,计算了在不同温度(300~2500 K)下石墨烯/钛界面的原子结构、结合能以及径向分布函数。结果表明:随着温度的升高,钛原子向石墨烯薄膜靠近,当温度达到1100 K时,原子结构最为紧密、相应的结合能最大,这时的界面结合最佳。当温度达2000 K后,界面结合能迅速减小,表层钛开始融化,界面作用开始减弱。