基于分子動(dòng)力學(xué)單層石墨烯納米帶的拉伸力學(xué)特性研究.pdf

1、石墨烯是由sp2方式雜化的C-C鍵排列而成的單原子厚度蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu),具備極其優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)性能,是目前發(fā)現(xiàn)最硬的材料,將來(lái)有望在納米機(jī)械電子(NMES)、納米電子和納米復(fù)合物等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用,而納米結(jié)構(gòu)的機(jī)械穩(wěn)定性影響著它的應(yīng)用,因此對(duì)石墨烯納米力學(xué)性能的研究顯得非常重要。
　　本文基于分子動(dòng)力學(xué)方法運(yùn)用LAMMPS軟件,首先對(duì)單層石墨烯納米帶的弛豫特性進(jìn)行了討論并分析了其拉伸力學(xué)性能。其次,在此基礎(chǔ)上對(duì)溫度相關(guān)性、

2、應(yīng)變率相關(guān)性、尺寸效應(yīng)進(jìn)行了研究。最后,還研究了空位缺陷和Stone-Wales缺陷對(duì)單層石墨烯納米帶拉伸力學(xué)特性的影響。
　　建立21.08、7.19和1三種長(zhǎng)寬比的單層石墨烯納米帶模型,在不同熱力學(xué)溫度下進(jìn)行弛豫研究,觀察到一維類似高分子的長(zhǎng)鏈、納米卷和二維納米薄膜等形貌;使用REBO勢(shì)函數(shù)模擬了單層石墨烯納米帶的拉伸過(guò)程,計(jì)算得出室溫下扶手椅型和鋸齒型單層石墨烯納米帶的楊氏模量分別為0.931TPa和0.848TPa,同文獻(xiàn)

3、中報(bào)道的實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)非常吻合;矩形單層石墨烯納米帶的楊氏模量隨納米帶寬度增加而增加,最終收斂于體石墨烯的楊氏模量值,方形單層石墨烯納米帶的楊氏模量隨尺寸的增大而小幅下降,且當(dāng)長(zhǎng)度超過(guò)8nm時(shí)楊氏模量也穩(wěn)定在體石墨烯的楊氏模量值;臨界應(yīng)變和拉伸強(qiáng)度值隨溫度上升而下降,扶手椅型單層石墨烯納米帶的楊氏模量一直大于鋸齒型單層石墨烯納米帶,且溫度從0.01K升高到2400K時(shí),兩者的楊氏模量值分別下降27.3％和21.4%;楊氏模量對(duì)應(yīng)變率的變化