金屬-石墨烯層狀復(fù)合材料的缺陷性能研究.pdf

1、在核反應(yīng)過(guò)程中，堆芯結(jié)構(gòu)材料在高強(qiáng)度的輻照下產(chǎn)生的空位和間隙會(huì)隨時(shí)間演變成缺陷團(tuán)簇、位錯(cuò)和晶界，最終導(dǎo)致材料腫脹、高溫晶界脆化、表面粗化和起泡，從而力學(xué)性能降低。所以，研發(fā)能夠適應(yīng)核能系統(tǒng)發(fā)展的抗輻照材料是有必要的。石墨烯以其良好性能使有的石墨烯復(fù)合材料具有卓越的性質(zhì)和廣闊的應(yīng)用前景。有研究表明，金屬-石墨烯層狀復(fù)合材料中的石墨烯可以阻礙位錯(cuò)的擴(kuò)展，因而銅-石墨烯層狀復(fù)合材料可能具有良好的抗輻照性。為了全面了解金屬-石墨烯層狀復(fù)合材料的

2、抗輻照性能，需要深入研究金屬/石墨烯/金屬界面附近的點(diǎn)缺陷行為。本文采用第一性原理，利用VASP軟件包，研究了金屬/石墨烯/金屬界面附近點(diǎn)缺陷的形成和遷移行為。主要內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　1.采用第一性原理研究了銅/石墨烯/銅層狀復(fù)合材料（Cu/Gr/Cu）中點(diǎn)缺陷的特性，并與本征石墨烯和純銅中的點(diǎn)缺陷比較，分析了石墨烯對(duì)點(diǎn)缺陷行為的影響范圍及其影響機(jī)理。計(jì)算結(jié)果表明Cu/Gr/Cu中的碳空位形成能較本征石墨烯的空位形成能偏小。界面

3、處的銅和碳間隙都是在fcc間隙位置最穩(wěn)定。Cu/Gr/Cu界面對(duì)銅間隙原子的影響遠(yuǎn)大于對(duì)碳間隙原子的影響，銅的點(diǎn)缺陷會(huì)被界面捕獲，且界面對(duì)銅缺陷的捕獲范圍約為15?。
　　2.采用 CI-NEB方法計(jì)算了 Cu/Gr/Cu中點(diǎn)缺陷的遷移機(jī)制。結(jié)果表明：Cu/Gr/Cu中的碳空位遷移能壘較本征石墨烯要小。界面附近的銅空位可能朝著界面中心遷移。銅和碳間隙在最穩(wěn)定的倆近鄰fcc間隙位置之間的遷移需經(jīng)過(guò)hollow位置。銅間隙原子在界面中

4、比在純銅中更容易遷移。
　　3.采用第一性原理研究了鎳/石墨烯/鎳層狀復(fù)合材料（Ni/Gr/Ni）中點(diǎn)缺陷的特性。計(jì)算結(jié)果表明碳空位的形成能在 Ni/Gr/Ni中比在本征石墨烯中顯著降低。界面處鎳間隙在hollow位置最穩(wěn)定。相對(duì)于碳間隙原子，鎳間隙原子受到界面的影響更為明顯。界面可以捕獲鎳的空位和間隙，且對(duì)鎳點(diǎn)缺陷的捕獲范圍約為12.5?。
　　4.采用CI-NEB方法計(jì)算了Ni/Gr/Ni中點(diǎn)缺陷的遷移機(jī)制。結(jié)果表明：N

5、i/Gr/Ni中的碳空位遷移較本征石墨烯中更難。鎳間隙在兩個(gè)近鄰hollow間隙位置之間的遷移時(shí)，可能會(huì)經(jīng)過(guò)fcc位置跳躍到近鄰的hollow位置，或者直接在兩近鄰hollow間隙位置間遷移。鎳間隙原子在界面中比在純鎳中更難遷移。
　　5.對(duì)于Cu/Gr/Cu和Ni/Gr/Ni，雖然碳空位的形成能在兩種復(fù)合結(jié)構(gòu)中都低于本征石墨烯的空位形成能，但兩者的原因是不同的。金屬-石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)中不同金屬對(duì)碳空位遷移的影響也不同。在Cu/Gr