發(fā)布時(shí)間：2021-02-27 12:36

　　由于石墨烯在熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)等方面都具有優(yōu)異性能,在眾多領(lǐng)域擁有非常廣闊的應(yīng)用前景,是科研工作者的研究熱點(diǎn)。但是阻礙石墨烯廣泛應(yīng)用的重要問(wèn)題是:石墨烯的制備、分散和穩(wěn)定存在。自石墨烯發(fā)現(xiàn)以來(lái),已經(jīng)產(chǎn)生很多石墨烯的制備方法,比如化學(xué)氣相沉積法、氧化還原法、外延生長(zhǎng)法等等,但是這些制備方法都存在一定的不足,如重復(fù)性差,制備條件苛刻,生產(chǎn)規(guī)模小等。本文采用高熱流密度激勵(lì)的方法,首先研究石墨烯在水中的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象,為研究石墨烯剝離進(jìn)行鋪墊;然后建立石墨烯和水混合體系,探究不同熱流密度和石墨烯片層間距下石墨烯在水中的剝離規(guī)律。由于高熱流密度激勵(lì)溫度極高,作用時(shí)間非常短,而且石墨烯導(dǎo)熱系數(shù)高,能夠產(chǎn)生爆炸沸騰,推動(dòng)石墨烯片層運(yùn)動(dòng),所以本文采用分子動(dòng)力學(xué)模擬為研究方法,用高溫代替高熱流密度對(duì)石墨烯和水混合體系進(jìn)行激勵(lì),探究石墨烯在水的剝離過(guò)程與機(jī)理。本文主要開(kāi)展了以下研究工作:第一部分是研究熱激勵(lì)下石墨烯在水中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。建立純水模型和石墨烯與水混合的模型,熱激勵(lì)溫度1000K下進(jìn)行模擬。最后分析體系的密度、原子和溫度、壓力分布,得出以下結(jié)論:石墨烯能加快熱量傳遞,使水分子獲得較大動(dòng)能,沸騰更加深入,熱... 

【文章來(lái)源】：青島科技大學(xué)山東省

【文章頁(yè)數(shù)】：67 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

模擬流程圖

高熱流密度激勵(lì)多層石墨烯剝離的分子動(dòng)力學(xué)模擬8算法和速度形式的Verlet（Velocity-Verlet）算法[66]。目前使用最多的求解牛頓運(yùn)動(dòng)方程的積分算法就是Velocity-Verlet算法。Velocity-Verlet法能夠彌補(bǔ)Velert算的缺陷，可以同時(shí)獲得位置、速度和加速度等信息，而且所需記憶空間小，精度也很高[67]。速度形式的Verlet（Velocity-Verlet）算法形式如下：(+)=()+()+12!()2(2-6)(+)=()+12[()+(+)](2-7)2.2.3邊界條件分子動(dòng)力學(xué)模擬只能模擬有限空間內(nèi)的有限個(gè)原子，只能通過(guò)模擬計(jì)算有限原子的相關(guān)參數(shù)來(lái)反映物質(zhì)的宏觀性質(zhì)，那么就需要對(duì)模型進(jìn)行邊界處理，選擇正確的邊界條件，是保證模擬結(jié)果準(zhǔn)確的必要條件。系統(tǒng)邊界條件需要根據(jù)模型模擬過(guò)程選擇，主要有非周期性的和周期性兩種。非周期性邊界條件種主要是自由邊界條件和固定邊界條件兩種，自由邊界條件常用于大型自由分子（原子）模擬；固定邊界條件常用于單項(xiàng)加載模型中[68]。周期性邊界條件的使用較為普遍，周期性邊界條件模型中的粒子的在模擬中，如果有幾個(gè)粒子從模型中離開(kāi)，那么一定會(huì)從相反的界面進(jìn)入幾個(gè)粒子到模型中，計(jì)算原子受力情況時(shí)采用最近鏡像方法，這樣模型中的原子數(shù)目、密度始終保持不變中，而且沒(méi)有邊界效應(yīng)[69]。圖2-2是周期性邊界條件示意圖。圖2-2周期性邊界簡(jiǎn)示圖Fig.2-2Schematicdiagramofperiodicboundaries

青島科技大學(xué)研究生學(xué)位論文133.2模擬參數(shù)和流程圖3-1純水模型（a）和不同狀態(tài)石墨烯與水混合體系(b)，(c)模型Fig.3-1Purewatermodel(a)andmixedsystemsofgrapheneandwaterindifferentstates(b),(c)models本章盒子大小為100×100×10003，整個(gè)模型在x、y方向長(zhǎng)寬分別78，水分子分布在z方向20~40，熱激勵(lì)范圍為4（30~34）。計(jì)算采用LAMMPS軟件。具體參數(shù)為σc-o=3.19，εc-o=0.095kcal/mol，σo-o=3.166，σo-o=0.155kcl/mol[83]，截?cái)喟霃綖?0。時(shí)間步長(zhǎng)取1fs。單位制選用real，所用到的單位表示如表3-1所示。表3-1real單位表示形式Table3-1Therepresentationofrealunits物理量單位表示質(zhì)量長(zhǎng)度時(shí)間能量速度溫度壓力密度grams/moleAngstromsfemtosecondskcal/moleAngstroms/femtosecondKelvinatmospheresgram/(cm3)本部分模擬分兩部分分子動(dòng)力學(xué)過(guò)程完成:(1)對(duì)圖3-1(a)(b)(c)盒子進(jìn)行NVT控溫[84]，監(jiān)控不同溫度下三種體系的狀態(tài)，對(duì)不同時(shí)刻盒子在z軸方向的密度分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。(2)對(duì)圖3-1(a)(b)(c)所示水盒子設(shè)置一層厚度為4的高能表面水層(1000K，30~34)，設(shè)置時(shí)間為100fs，監(jiān)控不同時(shí)刻體系的狀態(tài)，同樣對(duì)其密度分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。控溫過(guò)程是系統(tǒng)在正則系綜（NVT）下進(jìn)行1000fs的Nose-Hoover控溫；然后撤掉控溫，在微正則系綜（NVE）[85]下進(jìn)行10ps計(jì)算。100fs時(shí)刻，高能

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[3]新型分子開(kāi)關(guān)的理論研究：量子化學(xué)與分子動(dòng)力學(xué)模擬相結(jié)合[D]. 王興勇.南京大學(xué) 2013

碩士論文
[1]基于分子動(dòng)力學(xué)模擬的硬質(zhì)合金刀具切削GH4169刀—屑界面擴(kuò)散機(jī)理研究[D]. 蘭鶴.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué) 2019
[2]單晶及多晶鈦內(nèi)微裂紋擴(kuò)展的分子動(dòng)力學(xué)模擬[D]. 臧翔.長(zhǎng)春理工大學(xué) 2019
[3]基于分子動(dòng)力學(xué)模擬的MoS2納米片和生物分子之間相互作用機(jī)制的研究[D]. 武榮榮.江蘇大學(xué) 2019
[4]晶體缺陷對(duì)TiAl涂層阻尼性能影響的研究[D]. 張馨予.沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 2019
[5]基于分子動(dòng)力學(xué)的多晶石墨烯力學(xué)性能研究[D]. 賀煜.西安建筑科技大學(xué) 2016
[6]石墨烯基底上超薄液膜的爆炸性沸騰研究[D]. 張海燕.西安電子科技大學(xué) 2015
[7]石墨烯納機(jī)電諧振器初始張力的分子動(dòng)力學(xué)研究[D]. 孟曉潔.西安電子科技大學(xué) 2015
[8]石墨烯熱學(xué)特性的分子動(dòng)力學(xué)模擬[D]. 唐愷.華中科技大學(xué) 2015
[9]基于分子動(dòng)力學(xué)對(duì)含裂紋石墨烯的力學(xué)性能研究[D]. 劉秦龍.西安建筑科技大學(xué) 2015
[10]碳納米管/三元乙丙橡膠復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)分子動(dòng)力學(xué)模擬[D]. 楊剛.青島科技大學(xué) 2013



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