石墨烯及其拼接結(jié)構(gòu)的“水波效應”.pdf

1、在過去的幾十年中，低維碳材料在各方面的研究得到了飛速的發(fā)展，尤其是二維碳材料——石墨烯的成功制備，引發(fā)了關(guān)于低維材料的前所未有的研究熱潮。石墨烯，作為一種新型的碳納米材料，由于在力學、電學、光學以及熱學等方面表現(xiàn)出的優(yōu)異性能，具有非常廣闊的應用前景。石墨烯表面的漣漪，作為一種固有屬性，對其機械性能、電子特性以及磁性質(zhì)都會產(chǎn)生較大的影響。然而，由于這些固有漣漪是自發(fā)形成、無序分布的，所以在很大程度上限制了其應用范圍。如果能夠?qū)κ┲胁y

2、的結(jié)構(gòu)和分布進行人為地控制和設計，就可以更好地擴大其應用范圍。因此，對石墨烯中可控波紋的產(chǎn)生方法以及規(guī)律特征展開探究將具有重要的理論意義和潛在的實用價值。
　　本論文主要采用經(jīng)典分子動力學模擬的方法分別對單層完美石墨烯、缺陷石墨烯、由一維的線型碳或者石墨烯納米帶連接兩片石墨烯所組成的拼接結(jié)構(gòu)的“水波效應”進行了研究，從形變和能量的角度出發(fā)，揭示了石墨烯及其缺陷、線型碳以及石墨烯納米帶的一些性質(zhì)，豐富了碳納米材料中波紋的研究成果，對

3、于其潛在的應用具有理論參考意義。本論文主要的研究成果如下:
　　(1)石墨烯受到C60撞擊之后會產(chǎn)生“水波效應”，動態(tài)波紋的輪廓經(jīng)歷了從最初的“六邊形”變?yōu)椤岸噙呅巍弊詈筅呌凇皥A形”的過程。在分析波紋的位移時，發(fā)現(xiàn)波紋在石墨烯中的傳播過程呈現(xiàn)出阻尼特征，峰值隨著離開撞擊點距離的增加呈指數(shù)衰減。在波紋傳播的同時也伴隨著能量的傳播，集中在撞擊點處的應變能以動態(tài)波紋的形式呈放射狀向周圍分散，避免了局部能量集中，體現(xiàn)了石墨烯良好的能量緩沖

4、性能，有望在表面保護方面發(fā)揮作用。
　　(2)SW缺陷以及空位缺陷的引入會對波紋在石墨烯中的傳播過程產(chǎn)生影響，不僅會使波紋的位移分布輪廓變得不規(guī)則，而且分析結(jié)果表明，SW缺陷和空位缺陷都善于從波紋中吸收能量，并將其貯存在自身內(nèi)部，而不能有效地將吸收的能量傳遞出去，石墨烯缺陷的這種特性也預示了其在儲能領(lǐng)域具有應用前景。另外，還探究了溫度對于“水波效應”的影響作用。溫度的升高，不僅使波紋的振幅明顯增加，波紋的傳播速度加快，而且還會增強

5、缺陷對于波紋傳播的影響效果。
　　(3)在由一維的線型碳或者石墨烯納米帶連接兩片石墨烯所組成的拼接結(jié)構(gòu)中，小片的石墨烯受到C60撞擊后，會產(chǎn)生“水波效應”，并且波紋能夠通過中間連接的線型碳或者石墨烯納米帶傳播到大片石墨烯，但是波的強度明顯減小。大片石墨烯的位移以及能量分布結(jié)果表明，石墨烯納米帶可以比線型碳更快、更有效地將波紋從小片石墨烯傳遞到大片石墨烯。所以，從傳輸機械波的角度來看，無論是在傳遞速度還是傳遞效率方面，石墨烯納米帶都