發(fā)布時間：2017-10-18 11:27

  本文關(guān)鍵詞：使用石墨烯納米條帶探索納米尺度的摩擦

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【摘要】：石墨烯是目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的最簡單的二維材料。因集優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、化學(xué)性、力學(xué)性能等特質(zhì)于一身,受到了科學(xué)界和工業(yè)界廣泛的關(guān)注。本文主要以石墨烯納米條帶(graphene nanoribbons, GNRS)與石墨烯基底之間的相互作用為研究對象,運(yùn)用分子動力學(xué)模擬方法來探索納米尺度下摩擦所具有的特性。本文的研究結(jié)果可為納米器件與納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計與工業(yè)生產(chǎn)提供有意義的參考。本文首先研究了低溫下不同幾何尺寸的GNRs在上下平整的雙層基底間拖動的過程,發(fā)現(xiàn)GNRs的摩擦力取決于頭部寬度。然后模擬了常溫下單層GNRs在平整單層基底上的拖動,發(fā)現(xiàn)摩擦力能較好地與一些實(shí)驗(yàn)相符。其次研究GNRs置于不同波形的單層基底上的拖動過程,發(fā)現(xiàn)在拖動過程中產(chǎn)生的摩擦力隨粗糙度的變化呈現(xiàn)驚人的兩相性,先隨粗糙度增加而增加,再隨粗糙度增加而減少,該結(jié)果是傳統(tǒng)的摩擦理論不能解釋的。并運(yùn)用不同的理論模型對模擬結(jié)果進(jìn)行了分析。本文還研究了中層為GNRs,上下層為理想剛性的波形石墨烯基底組成的三層結(jié)構(gòu)。模擬發(fā)現(xiàn)在拖動過程中GNRs的摩擦力和碳納米管的摩擦力之間具有相似性。本文還考慮了由上下兩層石墨烯基底和中間多層GNRs組成的復(fù)合結(jié)構(gòu),并在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生波形。模擬發(fā)現(xiàn)初始摩擦力雖小,卻會逐漸上升到很高的數(shù)值。理論分析表明這可能是由于GNRs上產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力在增加。最大摩擦力隨粗糙度的變化呈現(xiàn)異常,隨粗糙度增加而減小。此外,我們還模擬了GNRs在單層石墨烯基底上的擺動與遷移,得到了周期性擺動、轉(zhuǎn)向等有意思的結(jié)果,這些現(xiàn)象與生物細(xì)胞在彈性基體上的轉(zhuǎn)向與遷移有某些相似之處。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯納米條帶 粗糙度 摩擦 黏附 分子動力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O613.71;TB383.1
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 緒論10-27
• 1.1 課題背景10-23
• 1.1.1 碳納米管和單層石墨烯材料的研究12-14
• 1.1.2 多層石墨烯材料的研究14-19
• 1.1.3 波形石墨烯材料的研究19-20
• 1.1.4 薄膜材料的黏附行為20-22
• 1.1.5 分子動力學(xué)方法22-23
• 1.2 本文的研究內(nèi)容、方法和創(chuàng)新點(diǎn)23-27
• 1.2.1 研究內(nèi)容23-24
• 1.2.2 研究方法24-26
• 1.2.3 主要創(chuàng)新點(diǎn)26-27
• 第2章 單層石墨烯納米條帶的模擬與分析27-43
• 2.1 引言27-28
• 2.2 平整基底上拖動單層石墨烯納米條帶模擬與分析28-34
• 2.2.1 雙層平整石墨烯間GNRs拖動模擬與分析28-32
• 2.2.2 單層平整石墨烯上GNRs拖動模擬和分析32-34
• 2.3 波形基底上拖動單層石墨烯納米條帶模擬與分析34-42
• 2.3.1 振幅的影響35-39
• 2.3.2 周期長度的影響39-42
• 2.4 本章小結(jié)42-43
• 第3章 多層石墨烯納米條帶的模擬與分析43-53
• 3.1 引言43
• 3.2 雙層波形石墨烯間GNRs的拖動模擬與分析43-45
• 3.3 五層波形石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)的拖動模擬與分析45-52
• 3.3.1 模擬與分析45-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第4章 石墨烯納米條帶擺動和取向的模擬53-59
• 4.1 引言53
• 4.2 一端固定的石墨烯納米條帶53-55
• 4.3 自由的兩條石墨烯納米條帶55-56
• 4.4 基底載荷對石墨烯納米條帶取向的影響56-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第5章 總結(jié)與展望59-61
• 5.1 總結(jié)59-60
• 5.2 展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-68
• 作者簡歷68

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