本文關(guān)鍵詞：邊界寬度對(duì)石墨烯翹曲程度的影響

  更多相關(guān)文章： 石墨烯 邊界應(yīng)力 邊界寬度 翹曲 薄殼理論

【摘要】：作為目前最有應(yīng)用前景的新型材料之一,石墨烯在光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)以及力學(xué)等方面均表現(xiàn)出特有優(yōu)異性能,在納電子器件、高靈敏傳感器、透明導(dǎo)電薄膜、功能復(fù)合材料、儲(chǔ)能、催化等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。研究表明,在沒有熱影響的情況下(絕對(duì)溫度為零),由于邊界應(yīng)力的存在,獨(dú)立的石墨烯薄膜的邊界仍表現(xiàn)出不穩(wěn)定性,會(huì)影響邊界的原子結(jié)構(gòu)和邊界形貌,進(jìn)而影響石墨烯各方面性能。已有的二維納米材料邊界的分析方法,是通過建立彈性薄板模型,將邊界簡化處理成只具有面積而沒有幾何尺寸的理想梁模型,然后進(jìn)行理論分析來確定石墨烯薄膜邊界翹曲時(shí)的尺度關(guān)系(即翹曲波形的波長、腹向衰減表征尺度以及面外翹曲幅值)。然而,這并不能全面表征真實(shí)的石墨烯薄膜邊界原子結(jié)構(gòu)情況。真實(shí)的石墨烯薄膜邊界附近原子結(jié)構(gòu)與內(nèi)部不同,即石墨烯薄膜的實(shí)際邊界存在一定的幾何寬度。因而,邊界寬度對(duì)翹曲形貌的影響,應(yīng)該在研究中得到重視。主要工作如下：(1)本文從理論分析著手,首先通過建立有限尺度的二維石墨烯薄板模型,將邊界簡化為只有面積而沒有具體幾何尺寸理想梁模型。引入翹曲形貌函數(shù),然后分析和討論了有限尺寸理想邊界模型下石墨烯薄膜穩(wěn)定時(shí),翹曲波形的波長、腹向衰減表征尺度以及面外翹曲幅值的大小以及它們之間的關(guān)系。(2)同樣基于線彈性薄板理論,建立有限尺寸的二維石墨烯真實(shí)邊界模型。在這里將石墨烯邊界賦予具體的幾何寬度。利用最小勢(shì)能原理,分別對(duì)手扶椅(armchair)形邊界和鋸齒形(zigzag)邊界進(jìn)行計(jì)算分析,得到邊界寬度與翹曲波形的波長、腹向衰減表征尺度以及面外翹曲幅值的之間的關(guān)系。(3)考慮到邊界寬度增大時(shí),石墨烯邊界趨近于與內(nèi)部一樣的材料,因而將石墨烯邊界彈性模量處理成與內(nèi)部彈性模量相關(guān)的函數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算。這樣豐富了石墨烯邊界彈性模量的定義范疇,并且通過研究三維石墨烯薄膜厚度方向高階應(yīng)變分量的影響,多方面地闡述了真實(shí)邊界寬度對(duì)石墨烯邊界翹曲的影響研究表明,當(dāng)石墨烯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定時(shí),鋸齒形(zigzag)邊界的翹曲波長明顯大于手扶椅(armchair)形邊界,且在翹曲幅值方面也有同樣的體現(xiàn)。兩種邊界模型中,翹曲波長與結(jié)構(gòu)總應(yīng)變能、腹向衰減表征尺度以及面外翹曲幅值均隨邊界寬度呈近似一次函數(shù)關(guān)系。而在armchair邊界模型中翹曲幅值隨邊界寬度變化不明顯。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 邊界應(yīng)力 邊界寬度 翹曲 薄殼理論
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O613.71
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abduct9-12
• 第1章 緒論12-27
• 1.1 研究背景12-21
• 1.1.1 石墨烯概述12-14
• 1.1.2 石墨烯的制備14-17
• 1.1.3 石墨烯的性能17-18
• 1.1.4 石墨烯的應(yīng)用前景18-21
• 1.2 石墨烯研究現(xiàn)狀21-25
• 1.2.1 石墨烯力學(xué)性能的研究方法21-23
• 1.2.2 石墨烯的力學(xué)性能研究23-25
• 1.3 本文的主要工作25-27
• 第2章 二維石墨烯模型邊界翹曲問題的研究27-49
• 2.1 Shenoy等關(guān)于石墨烯翹曲問題的研究27-30
• 2.2 二維理想邊界模型30-35
• 2.3 二維真實(shí)邊界模型35-47
• 2.3.1 將邊界考慮成與內(nèi)部無關(guān)材料38-43
• 2.3.2 將邊界考慮成與內(nèi)部同種材料43-47
• 2.4 本章小結(jié)47-49
• 第3章 三維石墨烯模型邊界翹曲問題的研究49-67
• 3.1 三維理想邊界模型49-54
• 3.2 三維真實(shí)邊界模型54-66
• 3.2.1 將邊界考慮成與內(nèi)部不同材料57-61
• 3.2.2 將邊界考慮成與內(nèi)部同種材料61-66
• 3.3 本章小結(jié)66-67
• 結(jié)論67-68
• 展望68-69
• 致謝69-70
• 參考文獻(xiàn)70-73
• 附錄73-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文82

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本文編號(hào)：857603