基于分子動(dòng)力學(xué)的碳納米管-石墨烯拉壓變形研究.pdf

1、碳納米管是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維量子材料，而石墨烯是只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料，它們都屬于納米碳材料，且具有許多異常的機(jī)械、力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能。而利用分子動(dòng)力學(xué)方法，能夠利用現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)求解的相互作用的粒子系統(tǒng)的牛頓運(yùn)動(dòng)方程，來(lái)模擬分子體系的運(yùn)動(dòng)軌跡。
　　本文首先使用分子動(dòng)力學(xué)方法，采用了AIREBO勢(shì)函數(shù)對(duì)不同溫度下的碳納米管的管徑效應(yīng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了管徑對(duì)于碳納米管的物理特性的影響非常大。對(duì)碳納米管空位缺陷對(duì)

2、于碳納米管性能的影響進(jìn)行了探索分析，結(jié)果表明缺陷會(huì)大大降低它的力學(xué)特性。研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)單壁碳納米管表面鍍上鎳原子，其極限應(yīng)力和極限應(yīng)變都大大提高，但楊氏模量卻有所下降，這說(shuō)明鎳原子會(huì)使碳納米管的柔性增強(qiáng)。同時(shí)碳納米管/鎳的泊松比也比碳納米管小，這是因?yàn)殒囋优c碳原子的范德華力一定程度上阻止了碳納米管截面積的變小。本文對(duì)不同溫度下的扶手型石墨烯的力學(xué)特性也進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了溫度的變化對(duì)于扶手型石墨烯的極限應(yīng)力的影響最大，對(duì)于其極限應(yīng)變

3、和楊氏模量的作用相對(duì)較小。石墨烯/鎳，其極限應(yīng)力和楊氏模量較石墨烯都大大提高，但極限應(yīng)變卻沒(méi)有因?yàn)殄冩嚩a(chǎn)生特別明顯的變化，同時(shí)溫度是影響石墨烯/鎳的力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。研究空位缺陷對(duì)于石墨烯的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)扶手型石墨烯的正中間的位置存在一個(gè)空位缺陷時(shí)，其所能承受的最大拉力會(huì)減小，極限應(yīng)變?cè)谝欢ǔ潭纫灿兴鶞p小。就極限應(yīng)變而言，溫度對(duì)于扶手型石墨烯的影響要大于缺陷的影響。而且表面鍍鎳對(duì)于石墨烯所能承受的最大拉力的影響比較大。