本文關(guān)鍵詞：石墨烯受力變形及內(nèi)部孔洞演變規(guī)律的研究

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【摘要】：石墨烯是由碳原子構(gòu)成的呈六角蜂窩結(jié)構(gòu)的平面二維晶體材料。石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最薄最強的材料,其強度比鋼鐵高200多倍。然而,目前制備的石墨烯,一般是含有晶界缺陷的多晶石墨烯。因此,晶界對石墨烯性能的影響是石墨烯材料能被廣泛應(yīng)用必須考慮的重要問題之一。本文主要采用分子動力學(xué)方法對含21.8°、32.2°、38.2°、60°對稱傾斜晶界的石墨烯進行了模擬,研究了壓應(yīng)力條件下,不同晶界對石墨烯彎曲程度及彎曲形狀的影響,比較了不同晶界處的勢能大小,并與完美石墨烯進行對比。結(jié)果表明,壓應(yīng)力條件下含晶界的石墨烯彎曲程度比完美石墨烯大,并且完美石墨烯的彎曲位置和彎曲半徑都與含晶界石墨烯不一樣。晶界處的勢能比完美石墨烯大,晶界上五元環(huán)的勢能比七元環(huán)的大。此外,多層完美石墨烯在壓應(yīng)力下的變形行為也不盡相同,除了八層石墨烯的最大聚集層數(shù)為四層;三到九層的石墨烯,最大的聚集層數(shù)都為三層。采用Adaptive Intermolecular Reactive Empirical Bond Order(AIREBO)勢函數(shù)模擬研究了孔洞和晶界缺陷對單層石墨烯單向拉伸斷裂機理的影響。結(jié)果表明,含晶界的石墨烯首先在晶界處碳-碳鍵被拉長發(fā)生嚴(yán)重變形,繼而萌生裂紋,且最后在晶界上被拉斷;在拉伸過程中,含晶界和晶界大孔洞的石墨烯,孔洞周圍碳-碳鍵被拉長,六元環(huán)在拉應(yīng)力作用下擴展為五元環(huán)、七元環(huán)、八元環(huán)等缺陷,隨著拉伸進行小孔洞轉(zhuǎn)化為大孔洞,在大孔洞處被拉斷破壞;含晶界和晶界外大孔洞的石墨烯,在拉應(yīng)力的作用下,不同尺寸和形狀的晶格缺陷首先出現(xiàn)在孔洞周圍,晶界在拉應(yīng)力的作用下,碳-碳鍵沿著拉伸的方向被拉長,隨著拉應(yīng)力的增大孔洞周圍小缺陷變成大的孔洞缺陷,最終在孔洞處發(fā)生斷裂,而晶界在石墨烯被拉斷后會恢復(fù)到拉伸前的狀態(tài)�？梢�,大孔洞缺陷的存在會使石墨烯更容易被破壞,同時存在大孔洞和晶界時,孔洞周圍首先被破壞,且石墨烯最終在孔洞處被拉斷,可見大孔洞對石墨烯的削弱程度比晶界的大。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 分子動力學(xué)模擬 晶界 孔洞
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 石墨烯的研究現(xiàn)狀12
• 1.2 石墨烯概述12-23
• 1.2.1 石墨烯的發(fā)展歷程12-13
• 1.2.2 石墨烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)13-15
• 1.2.3 石墨烯的制備15-16
• 1.2.4 石墨烯的力學(xué)性能16-19
• 1.2.5 石墨烯中的缺陷19-22
• 1.2.6 石墨烯的應(yīng)用及發(fā)展前景22-23
• 1.3 石墨烯中晶界和孔洞缺陷的研究意義23
• 1.4 本課題研究內(nèi)容23-24
• 第二章 分子動力學(xué)24-33
• 2.1 分子動力學(xué)概述24-30
• 2.1.1 理論依據(jù)24-27
• 2.1.2 勢函數(shù)27-29
• 2.1.3 分子動力學(xué)參數(shù)29-30
• 2.2 論文使用軟件介紹30-33
• 2.2.1 LAMMPS30-32
• 2.2.2 OVITO32-33
• 第三章 壓應(yīng)力條件下含晶界石墨烯的彎曲變形33-44
• 3.1 引言33
• 3.2 石墨烯晶界結(jié)構(gòu)模型33-35
• 3.3 模擬方法35
• 3.4 結(jié)果與討論35-43
• 3.4.1 不同晶界的石墨烯在壓應(yīng)力條件下的變形行為35-39
• 3.4.2 石墨烯勢能的分布39
• 3.4.3 壓應(yīng)力下石墨烯的旋轉(zhuǎn)變形39-41
• 3.4.4 壓應(yīng)力下不同層數(shù)石墨烯的彎曲變形41-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第四章 晶界和孔洞對石墨烯力學(xué)性能的影響44-52
• 4.1 物理模型和模擬方法44-45
• 4.1.1 含孔洞和晶界的單層石墨烯的幾何模型44
• 4.1.2 分子動力學(xué)模擬方法及過程44-45
• 4.2 結(jié)果與討論45-50
• 4.3 本章小結(jié)50-52
• 第五章 孔洞對含晶界石墨烯拉伸斷裂機理的影響52-70
• 5.1 孔洞對含 60°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響52-56
• 5.1.1 60°晶界對石墨烯的拉伸斷裂機理的影響52
• 5.1.2 晶界上小孔洞對含 60°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響52-53
• 5.1.3 晶界上大孔洞對含 60°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響53-54
• 5.1.4 晶界外小孔洞對含 60°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響54
• 5.1.5 晶界外大孔洞對含 60°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響54-56
• 5.1.6 孔洞對含 60°晶界石墨烯拉伸斷裂的影響56
• 5.2 孔洞對含 38.2°晶界石墨烯的拉伸機理的影響56-60
• 5.2.1 38.2°晶界對石墨烯的拉伸斷裂機理的影響56-57
• 5.2.2 晶界上小孔洞對含 38.2°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響57
• 5.2.3 晶界上大孔洞對含 38.2°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響57-58
• 5.2.4 晶界外小孔洞對含 38.2°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響58-59
• 5.2.5 晶界外大孔洞對含 38.2°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響59
• 5.2.6 孔洞對含 38.2°晶界石墨烯拉伸斷裂的影響59-60
• 5.3 孔洞對含 32.2°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響60-63
• 5.3.1 32.2°晶界對石墨烯的拉伸斷裂機理的影響60-61
• 5.3.2 晶界上小孔洞對含 32.2°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響61
• 5.3.3 晶界上大孔洞對含 32.2°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響61
• 5.3.4 晶界外小孔洞對含 32.2°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響61-62
• 5.3.5 晶界外大孔洞對含 32.2°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響62-63
• 5.3.6 孔洞對含 32.2°晶界石墨烯拉伸斷裂的影響63
• 5.4 孔洞對含 21.8°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響63-66
• 5.4.1 21.8°晶界對石墨烯的拉伸斷裂機理的影響63-64
• 5.4.2 晶界上小孔洞對含 21.8°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響64-65
• 5.4.3 晶界上大孔洞對含 21.8°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響65
• 5.4.4 晶界外小孔洞對含 21.8°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響65
• 5.4.5 晶界外大孔洞對含 21.8°晶界石墨烯的拉伸斷裂機理的影響65-66
• 5.4.6 孔洞對含 21.8°晶界石墨烯拉伸斷裂的影響66
• 5.5 討論66-68
• 5.6 本章小結(jié)68-70
• 第六章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 總結(jié)70-71
• 6.2 展望71-72
• 參考文獻72-78
• 附錄78-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果82-83
• 致謝83-84

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