石墨烯薄膜楊氏模量的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、石墨烯具有出色的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)及力學(xué)方面的性質(zhì),有著廣闊的應(yīng)用前景,可被用于質(zhì)量和氣體傳感器、微型機(jī)械發(fā)電機(jī)、納米復(fù)合材料、晶體管、半導(dǎo)體設(shè)備、納米微電子機(jī)械系統(tǒng)等領(lǐng)域。而石墨烯的力學(xué)性質(zhì)將直接影響到其各方面性能的發(fā)揮,也制約著石墨烯納米裝置的穩(wěn)定性和可靠性。
　　本文采用分子動(dòng)力學(xué)(MD)方法利用圓膜彈性理論對(duì)獨(dú)立式懸置圓膜石墨烯進(jìn)行模擬計(jì)算獲得石墨烯的楊氏模量。研究的主要內(nèi)容如下:
　　1.按擾度的大小的不同采用分階段

2、研究的方法研究了單層石墨烯的楊氏模量。薄膜在擾度較小時(shí)和擾度較大時(shí)具有不同的彈性反應(yīng)特征。在擾度較小的情況下,壓頭對(duì)薄膜形變的影響比較小,適用點(diǎn)加載理論,而在擾度較大的情形下,壓頭的大小對(duì)石墨烯的形變狀態(tài)的影響比較大,應(yīng)該考慮球形壓頭大小對(duì)楊氏模量計(jì)算的影響。本文采用點(diǎn)加載模式對(duì)擾度較小時(shí)的數(shù)據(jù)組進(jìn)行了分析以及采用球形壓頭加載模式對(duì)擾度較大時(shí)的數(shù)據(jù)組進(jìn)行了分析,得出單層石墨烯的楊氏模量為1.00±0.05TPa。
　　2.分析了壓

3、頭的半徑的大小、圓膜尺寸的大小以及薄膜的預(yù)應(yīng)力的不同對(duì)薄膜的楊氏模量計(jì)算值的影響,分析比較了采用加載作用力與薄膜擾度的關(guān)系為立方關(guān)系或者線性項(xiàng)加立方項(xiàng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系所獲計(jì)算結(jié)果的異同。
　　3.研究了多層石墨烯的楊氏模量,提出了等效壓頭的概念。利用擾度較大時(shí)的數(shù)據(jù)組進(jìn)行分析獲得多層石墨烯的楊氏模量,得到了1-5層石墨烯的楊氏模量值為1.06TPa,0.82TPa,0.78TPa,0.91TPa,1.00TPa。模擬計(jì)算結(jié)果表明石墨烯的