石墨烯和石墨炔納米壓痕力學(xué)性質(zhì)的分子動(dòng)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(diǎn)、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(dòng)力學(xué)理論方法，對(duì)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(dòng)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(duì)大擾度和小擾度范圍進(jìn)行擬合分析楊氏模量。研究表明，石墨烯的楊氏模量對(duì)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(jì)算得到的值大小不一，小擾度范圍得到的楊氏模量遠(yuǎn)大于大擾度范圍。
　?。?）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(duì)多層石墨烯的楊氏模量測(cè)量的影響。研究表明1-5層石墨烯楊氏模量約為1.00 TPa。當(dāng)石墨烯厚度大于五個(gè)原子層，石墨烯的楊氏模量隨著層數(shù)增大，這時(shí)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(duì)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(duì)石墨烯的楊氏模量測(cè)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(qiáng)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(cè)得的楊氏模量基本一致，堆垛方式對(duì)測(cè)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(diǎn)、空位和 Stone-Wa