本文關(guān)鍵詞：缺陷和基底對石墨烯摩擦性能影響的分子動力學研究

  更多相關(guān)文章： 分子動力學 石墨烯 摩擦力 缺陷 基底 能量勢壘 褶皺 表面粗糙度 粘附性能

【摘要】：眾多研究表明石墨烯具有超低摩擦力,然而由于制備工藝的限制,石墨烯中很可能會出現(xiàn)缺陷,影響石墨烯納米器件的性能。其次,石墨烯納米器件的性能也受到基底的影響。因此,研究缺陷和基底對石墨烯摩擦性能的影響,有助于深化對石墨烯摩擦性能的理解。為石墨烯器件性能的優(yōu)化提供理論依據(jù)。本文采用分子動力學方法模擬硅探針在空位缺陷和SW型缺陷石墨烯上的滑移過程。結(jié)果表明,兩種缺陷石墨烯摩擦力大于完美石墨烯,空位缺陷使石墨烯界面勢壘增大導致能量耗散增加,摩擦力增大；SW缺陷使石墨烯表面形成凸起,阻礙探針滑移,摩擦力增大�？瘴蝗毕菔┢骄Σ亮﹄S缺陷濃度的增加而增加,因為高濃度的空位缺陷石墨烯缺陷處能量勢壘較大,能量耗散較大,摩擦力較大。SW2型缺陷石墨烯摩擦力大于SW1型,因為存在相鄰五邊形碳原子環(huán)結(jié)構(gòu)的石墨烯表面更容易產(chǎn)生褶皺,SW2型缺陷石墨烯存在相鄰五邊形碳原子環(huán)結(jié)構(gòu),SW2型缺陷石墨烯不存在相鄰五邊形碳原子環(huán)結(jié)構(gòu),SW2型缺陷石墨烯表面較高的褶皺阻礙探針滑動,摩擦力增大。本文還采用分子動力學方法模擬硅探針在不同表面粗糙度和粘附性能支撐基底上石墨烯滑動的過程。結(jié)果表明,完美石墨烯摩擦力隨支撐基底表面粗糙度的增加而增加,表面粗糙度較低的基底上石墨烯摩擦力隨層數(shù)的增加而略微增加,表面粗糙度較高的基底上石墨烯摩擦力隨層數(shù)的增加而明顯下降,這是由探針作用下石墨烯的法向變形和石墨烯表面粗糙度共同作用導致的。在任意表面粗糙度支撐基底上,單原子空位缺陷石墨烯摩擦力與完美石墨烯摩擦力基本一致,SW缺陷石墨烯摩擦力大于完美石墨烯摩擦力,這是由于SW缺陷處產(chǎn)生凸起,導致摩擦力增大。光滑基底上石墨烯摩擦力隨支撐基底粘附性能的增加而減小,粗糙基底上石墨烯摩擦力隨支撐基底粘附性能的增加而增加。SW型缺陷石墨烯摩擦力隨支撐基底粘附性能增強而減小的幅度大于完美石墨烯和單原子空位缺陷石墨烯；支撐基底與石墨烯之間LJ作用勢的勢阱常數(shù)為3.73memeV時,支撐基底粘附性能定義為“正常值”,支撐基底粘附性能低于“正常值”時,完美石墨烯平均摩擦力大于單原子空位缺陷石墨烯,基底粘附性能高于“正常值”時,完美石墨烯平均摩擦力小于單原子空位缺陷石墨烯。
【關(guān)鍵詞】：分子動力學 石墨烯 摩擦力 缺陷 基底 能量勢壘 褶皺 表面粗糙度 粘附性能
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 研究背景10-12
• 1.1.1 石墨烯的發(fā)現(xiàn)和結(jié)構(gòu)10-11
• 1.1.2 石墨烯的性能和應用11-12
• 1.2 國內(nèi)外對石墨烯摩擦性能的研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 缺陷石墨烯摩擦性能的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 基底對石墨烯摩擦性能影響的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本課題主要研究內(nèi)容16-17
• 第二章 分子動力學模擬17-26
• 2.1 分子動力學原理與發(fā)展歷程17-18
• 2.2 分子動力學模型18-23
• 2.2.1 粒子空間位置、速度初始化18-20
• 2.2.2 作用勢的選取20-21
• 2.2.3 運動方程積分算法和積分步程的選取21-22
• 2.2.4 調(diào)溫方法的選取22-23
• 2.3 分子動力學模型優(yōu)化23-25
• 2.3.1 無量綱化23-24
• 2.3.2 邊界條件24-25
• 2.3.3 截斷距離與最小像力約定25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 缺陷石墨烯摩擦性能的分子動力學研究26-40
• 3.1 空位缺陷石墨烯摩擦性能26-34
• 3.1.1 單原子空位缺陷石墨烯摩擦性能27-30
• 3.1.2 空位缺陷濃度對石墨烯摩擦性能的影響30-32
• 3.1.3 空位缺陷方向?qū)κ┠Σ列阅艿挠绊?/span>32-34
• 3.2 SW型缺陷石墨烯摩擦性能34-39
• 3.2.1 單個SW型缺陷石墨烯摩擦性能34-36
• 3.2.2 SW缺陷類型對石墨烯摩擦性能的影響36-38
• 3.2.3 SW缺陷方向?qū)κ┠Σ列阅艿挠绊?/span>38-39
• 3.3 本章小結(jié)39-40
• 第四章 基底對石墨烯摩擦性能影響的分子動力學研究40-57
• 4.1 基底對完美石墨烯摩擦性能的影響40-48
• 4.1.1 基底表面粗糙度對完美石墨烯摩擦性能的影響40-45
• 4.1.2 基底粘附性能對完美石墨烯摩擦性能的影響45-47
• 4.1.3 基底表面粗糙度和粘附性能集成作用對完美石墨烯摩擦性能的影響47-48
• 4.2 基底對缺陷石墨烯摩擦性能的影響48-55
• 4.2.1 基底表面粗糙度對缺陷石墨烯摩擦性能的影響49-52
• 4.2.2 基底粘附性能對缺陷石墨烯摩擦性能的影響52-55
• 4.3 本章小結(jié)55-57
• 第五章 總結(jié)和展望57-59
• 5.1 總結(jié)57-58
• 5.2 展望58-59
• 致謝59-60
• 參考文獻60-65
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文65

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 文玉華,朱如曾,周富信,王崇愚;分子動力學模擬的主要技術(shù)[J];力學進展;2003年01期

，

本文編號：886699