石墨烯薄膜的等效彈性參數(shù)和力學(xué)行為研究.pdf

1、單層石墨烯薄膜是由碳原子構(gòu)成的具有蜂窩狀的二維結(jié)構(gòu),其厚度只有一個碳原子。單層石墨烯薄膜之所以重要是因?yàn)楦焕障┖吞技{米管都是由石墨烯薄膜卷曲而成。早先,人們認(rèn)為這種碳二維結(jié)構(gòu)在常溫下不能穩(wěn)定存在,但是2004年Novoselov等人利用機(jī)械劈裂力學(xué)微加工方法在實(shí)驗(yàn)上成功地制備了單層石墨烯,從那以后人們從新關(guān)注起這種二維單層石墨材料。單層石墨烯薄膜不僅是當(dāng)今最薄的材料,而且具有非常奇特的性質(zhì)。理論和實(shí)驗(yàn)研究都證明其具有超高的強(qiáng)度,剛度和韌

2、性以及特異的電學(xué)性質(zhì)。在納米機(jī)械,納米復(fù)合材料等領(lǐng)域有不可估量的應(yīng)用前景。本文以單層石墨烯薄膜為研究對象,選用的研究方法為分子動力學(xué)方法和非局部彈性理論。分子動力學(xué)方法將石墨烯薄膜看成單個原子的集合體,以單個原子為研究對象建立運(yùn)動方程,通過求解每個原子的運(yùn)動軌跡獲得石墨烯薄膜的變形行為。本文采用分子動力學(xué)方法模擬研究了石墨烯薄膜在不同載荷下的變形行為。加載形式包括拉伸、剪切和彎曲。重點(diǎn)研究了不同溫度和不同形狀石墨烯薄膜的變形行為。利用連

3、續(xù)介質(zhì)薄板大撓度理論反推可以唯一地確定石墨烯薄膜的彈性參數(shù)和等效壁厚。非局部彈性理論可計(jì)及納米結(jié)構(gòu)的小尺度效應(yīng)。本文將分子動力學(xué)的模擬結(jié)果(如撓度、自振頻率)和非局部彈性理論的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比照從而成功地確定小尺度參數(shù)。為連續(xù)介質(zhì)力學(xué)在納觀尺度的應(yīng)用打開通道。本文的研究結(jié)果表明單層石墨烯薄膜的等效彈性參數(shù)是各向異性的,和薄膜的幾何尺寸有關(guān),也和溫度變化有關(guān)。利用這些等效彈性參數(shù)和非局部彈性理論本文給出單層石墨烯薄膜的非線性彎曲行為和非線性