石墨烯因其獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)以及力學(xué)等方面的性能,引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。然而,在實(shí)際應(yīng)用中石墨烯納米帶中往往存在各類缺陷（如裂紋、孔洞）,這些缺陷不可避免影響石墨烯的力學(xué)性能。本文采用有限元分析與分子動(dòng)力學(xué)模擬相結(jié)合的方法,系統(tǒng)研究了原子級(jí)缺陷對(duì)單晶及多晶石墨烯力學(xué)性能的影響,探討了缺陷與裂紋的相互作用對(duì)單晶石墨烯力學(xué)性能的影響。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）利用分子結(jié)構(gòu)力學(xué),基于碳原子間Reactive Empirical Bond-Order interatomic potential of second generation（第二代REBO）勢(shì)函數(shù),建立了石墨烯中碳-碳鍵的非線性Timoshenko梁模型。通過(guò)與已有單層純石墨烯力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了有限元（FE）模擬的準(zhǔn)確性。其次,系統(tǒng)研究了在I型加載條件下不同手性單晶石墨烯中裂紋與缺陷之間的相互作用。MD與FE模擬結(jié)果表明,缺陷傾斜角度θ、缺陷與裂紋尖端之間距離r以及石墨烯的手性角決定了裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的屏蔽效應(yīng)。此外,構(gòu)建不同孔徑的圓孔缺陷以及不同密度的五邊形-七邊形缺陷模型。MD與FE... 

【文章來(lái)源】：江南大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：57 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

(a)石墨烯二維平面結(jié)構(gòu)示意圖；(b)石墨烯組成的碳材料單元在微觀原子尺度上，石墨烯的力學(xué)性能與其由強(qiáng)共價(jià)碳碳鍵形成的六邊形晶格結(jié)構(gòu)

江南大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1-2石墨烯用于生物醫(yī)療領(lǐng)域[17](a)用于DNA測(cè)序的石墨烯納米孔；(b)石墨烯促進(jìn)藥物傳遞示意圖眾所周知，薄膜分離技術(shù)在新型化工領(lǐng)域具有重要意義。然而由于聚合物膜表現(xiàn)出的難耐高溫，以及易與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等有機(jī)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因此，具有更好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的分離膜是非常理想的。石墨烯因其原子厚度、高機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，深受學(xué)者關(guān)注，并被證實(shí)是發(fā)展分子尺度選擇性分離膜的優(yōu)良材料。石墨烯在原始狀態(tài)下被測(cè)試為一種不滲透材料，由于石墨烯自身獨(dú)特的結(jié)構(gòu)所具有的不滲透性，在工業(yè)應(yīng)用中往往可以用作保護(hù)層。而石墨烯的膜只有形成納米孔或納米通道才可篩選原子級(jí)別的各種異物。其中應(yīng)用較為普遍的的便是納米多孔石墨烯和氧化石墨烯膜（GOMs）。結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1-3，離子在納米多孔石墨烯的選擇性通過(guò)取決于孔徑以及離子與孔之間的相互作用，離子排斥則可以通過(guò)納米孔的功能化進(jìn)行調(diào)節(jié)。石墨烯中親水孔與疏水孔相比，水通量更高，同時(shí)鹽分截留率也更低。從理論上來(lái)說(shuō)，納米多孔石墨烯可以排斥鹽離子，其水通量相比現(xiàn)有技術(shù)的滲透膜高2-3個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，該項(xiàng)技術(shù)具有非�？捎^的收益價(jià)值，值得廣大學(xué)者深入探討研究，最終實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。圖1-3兩種基石墨烯膜的示意圖[20](a)由設(shè)定尺寸的納米多孔石墨烯膜；(b)由堆疊的GO組成的GOM；(c)分子篩結(jié)構(gòu)示意圖

江南大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1-2石墨烯用于生物醫(yī)療領(lǐng)域[17](a)用于DNA測(cè)序的石墨烯納米孔；(b)石墨烯促進(jìn)藥物傳遞示意圖眾所周知，薄膜分離技術(shù)在新型化工領(lǐng)域具有重要意義。然而由于聚合物膜表現(xiàn)出的難耐高溫，以及易與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等有機(jī)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因此，具有更好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的分離膜是非常理想的。石墨烯因其原子厚度、高機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，深受學(xué)者關(guān)注，并被證實(shí)是發(fā)展分子尺度選擇性分離膜的優(yōu)良材料。石墨烯在原始狀態(tài)下被測(cè)試為一種不滲透材料，由于石墨烯自身獨(dú)特的結(jié)構(gòu)所具有的不滲透性，在工業(yè)應(yīng)用中往往可以用作保護(hù)層。而石墨烯的膜只有形成納米孔或納米通道才可篩選原子級(jí)別的各種異物。其中應(yīng)用較為普遍的的便是納米多孔石墨烯和氧化石墨烯膜（GOMs）。結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1-3，離子在納米多孔石墨烯的選擇性通過(guò)取決于孔徑以及離子與孔之間的相互作用，離子排斥則可以通過(guò)納米孔的功能化進(jìn)行調(diào)節(jié)。石墨烯中親水孔與疏水孔相比，水通量更高，同時(shí)鹽分截留率也更低。從理論上來(lái)說(shuō)，納米多孔石墨烯可以排斥鹽離子，其水通量相比現(xiàn)有技術(shù)的滲透膜高2-3個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，該項(xiàng)技術(shù)具有非�？捎^的收益價(jià)值，值得廣大學(xué)者深入探討研究，最終實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。圖1-3兩種基石墨烯膜的示意圖[20](a)由設(shè)定尺寸的納米多孔石墨烯膜；(b)由堆疊的GO組成的GOM；(c)分子篩結(jié)構(gòu)示意圖

【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]石墨烯有限元模型及其動(dòng)態(tài)斷裂[D]. 肖海峰.南京航空航天大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3049081