石墨烯和石墨炔納米壓痕力學(xué)性質(zhì)的分子動力學(xué)研究.pdf

1、Sp2雜化形成的二維石墨烯是具有六角晶格結(jié)構(gòu)的單原子層納米材料，它有望成為突破基于硅納米材料技術(shù)瓶頸的一種替代材料。石墨烯具有出色的光、電、磁和力學(xué)等方面的性質(zhì)，在量子點、絕緣介質(zhì)納米隘口、自旋電子管、發(fā)光電化學(xué)電池、太陽能電池、半導(dǎo)體材料和納米復(fù)合材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。本文采用經(jīng)典分子動力學(xué)理論方法，對石墨烯等二維納米材料的納米壓痕力學(xué)性能展開了系統(tǒng)的研究，內(nèi)容如下：
　　(1)我們基于分子動力學(xué)方法研究了多層石墨烯的納

2、米壓痕，采用分段擬合方法分別對大擾度和小擾度范圍進行擬合分析楊氏模量。研究表明，石墨烯的楊氏模量對不同的應(yīng)變范圍具有不同的反應(yīng)，取不同應(yīng)變范圍計算得到的值大小不一，小擾度范圍得到的楊氏模量遠大于大擾度范圍。
　　（2）我們模擬了多種不同尺寸圓膜和壓頭半徑模型，研究了預(yù)應(yīng)力對多層石墨烯的楊氏模量測量的影響。研究表明1-5層石墨烯楊氏模量約為1.00 TPa。當石墨烯厚度大于五個原子層，石墨烯的楊氏模量隨著層數(shù)增大，這時它的楊氏模量與

3、層數(shù)有一定關(guān)系。這種變化與石墨烯對應(yīng)層數(shù)的預(yù)應(yīng)力的變化自相一致。
　　(3)我們分析了模擬溫度和堆垛方式對石墨烯的楊氏模量測量的影響。在300 K至1000 K溫度范圍，石墨烯的楊氏模量與溫度呈線性變化，楊氏模量隨溫度的升高而變大。這種現(xiàn)象是石墨烯強烈的非諧振性引起的。不同堆垛結(jié)構(gòu)的多層石墨烯室溫下測得的楊氏模量基本一致，堆垛方式對測量影響較小。
　　(4)我們研究了單層缺陷石墨烯納米壓痕，分析了點、空位和 Stone-Wa