石墨烯、硅烯和锗烯薄膜力学性质的分子动力学模拟研究
发布时间：2021-04-30 08:01
自2010年石墨烯的发现获得Nobel物理学奖以来,二维材料发展十分迅速。由于和晶体硅基质有较好的相容性,石墨烯、硅烯和锗烯在晶体管领域应用的前景引起人们极大的关注。而电子器件的制造离不开对材料的力学性质的认识,因此对石墨烯、硅烯和锗烯力学性质的深入了解具有重要的应用价值。同时,对石墨烯、硅烯和锗烯力学性质的进一步研究可以加深对这些材料的理论认识,研究涉及原子势函数、分子动力学、晶体学和数值计算等诸多方面的问题,所以这方面的工作又具有相当的学术价值。本文利用分子动力学模拟方法,进行了系统的工作,开展了手性石墨烯的拉伸力学性质、多层石墨烯的剪切性质和硅掺杂石墨烯的拉伸力学性质的研究;开展了翘曲硅烯剪切力学性质和尺寸及温度影响因素的研究,以及平面硅烯拉伸和剪切力学性质研究;开展了锗烯剪切力学性质和尺寸及温度影响因素的研究;此外,首次开展了Ⅳ型菌毛力学性能的拉伸分子动力学研究。本文的研究成果和创新点主要包括:采用Tersoff势对手性石墨烯的拉伸力学性质、多层石墨烯的剪切性质和硅掺杂石墨烯的拉伸力学性质进行了分子动力学模拟。研究了手性取向对石墨烯薄膜拉伸力学性质的影响,得到了相应的应力-应变...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
引言
第1章 石墨烯综述
1.1 石墨烯的结构
1.2 石墨烯弹性力学性质研究进展
1.2.1 实验研究进展
1.2.2 理论预测进展
第2章 硅烯和锗烯综述
2.1 硅烯
2.1.1 硅烯的结构
2.1.2 硅烯的制备
2.1.3 硅烯弹性力学性质及研究进展
2.2 锗烯
2.2.1 锗烯的结构和制备
2.2.2 锗烯力学性质及研究进展
第3章 分子动力学原理
3.1 分子动力学简介
3.2 基本理论
3.3 分子力学势能
3.3.1 分子力学势能简介
3.3.2 键合作用能
3.3.3 非键作用能
3.3.4 Tersoff和SW势函数
3.4 数值计算方法
3.5 周期性边界条件
3.5.1 周期性边界条件的介绍
3.5.2 周期性边界条件的缺点
3.6 邻域列表
3.7 系综
3.7.1 NVE系综
3.7.2 NVT系综
3.7.3 NPT系综
3.8 恒温调节
3.8.1 Andersen恒温调节
3.8.2 Nose-Hoover Langevin恒温调节
3.9 原子应力计算
3.10 拉伸分子动力学
3.10.1 拉伸力的类型
3.10.2 恒速SMD模式
3.10.3 非平衡SMD分析
3.11 分子动力学软件LAMMPS
第4章 几种石墨烯的力学性质
4.1 手性石墨烯的拉伸力学性质
4.1.1 手性石墨烯的几何模型及模拟过程
4.1.2 模拟结果及分析
4.2 多层石墨烯的剪切力学性质
4.2.1 多层石墨烯的几何模型和模拟过程
4.2.2 模拟结果及分析
4.3 硅掺杂石墨烯的拉伸力学性质
4.3.1 硅掺杂石墨烯的几何模型和模拟过程
4.3.2 模拟结果及分析
第5章 硅烯的力学性质
5.1 翘曲硅烯的剪切力学性质
5.1.1 翘曲硅烯的结构模型和模拟过程
5.1.2 尺寸大小对翘曲硅烯剪切力学性质的影响
5.1.3 温度对翘曲硅烯剪切力学性质的影响
5.2 平面硅烯的力学性质
5.2.1 平面硅烯的结构模型和模拟过程
5.2.2 温度对平面硅烯剪切力学性质的影响
5.2.3 尺寸大小对平面硅烯拉伸力学性质的影响
第6章 锗烯的力学性质
6.1 锗烯的结构模型和模拟过程
6.2 锗烯的剪切力学性质
6.2.1 尺寸大小对锗烯剪切力学性质的影响
6.2.2 温度对锗烯剪切力学性质的影响
第7章 Ⅳ型菌毛的拉伸力学性质
7.1 Ⅳ型菌毛的结构和模拟分析方法
7.1.1 Ⅳ型菌毛的结构模型
7.1.2 Ⅳ型菌毛的拉伸模拟方法
7.1.3 拉伸力学性质的分析方法
7.2 Ⅳ型菌毛的拉伸力学性质和变形机理
7.2.1 Ⅳ型菌毛的拉伸力学响应
7.2.2 Ⅳ型菌毛的拉伸力学性质
7.2.3 Ⅳ型菌毛的拉伸力学过程
7.2.4 Ⅳ型菌毛的拉伸变形机理
7.3 Ⅳ型菌毛拉伸力学性质小结
结论
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯薄膜拉伸性能的分子动力学模拟[J]. 韩强,黄凌燕. 华南理工大学学报(自然科学版). 2012(02)
[2]石墨烯纳米压痕实验的分子动力学模拟[J]. 杨晓东,贺鹏飞,吴艾辉,郑百林. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2010(03)
[3]石墨烯拉伸力学性能温度相关性的数值模拟[J]. 韩同伟,贺鹏飞,王健,吴艾辉. 同济大学学报(自然科学版). 2009(12)
本文编号：3169141
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
引言
第1章 石墨烯综述
1.1 石墨烯的结构
1.2 石墨烯弹性力学性质研究进展
1.2.1 实验研究进展
1.2.2 理论预测进展
第2章 硅烯和锗烯综述
2.1 硅烯
2.1.1 硅烯的结构
2.1.2 硅烯的制备
2.1.3 硅烯弹性力学性质及研究进展
2.2 锗烯
2.2.1 锗烯的结构和制备
2.2.2 锗烯力学性质及研究进展
第3章 分子动力学原理
3.1 分子动力学简介
3.2 基本理论
3.3 分子力学势能
3.3.1 分子力学势能简介
3.3.2 键合作用能
3.3.3 非键作用能
3.3.4 Tersoff和SW势函数
3.4 数值计算方法
3.5 周期性边界条件
3.5.1 周期性边界条件的介绍
3.5.2 周期性边界条件的缺点
3.6 邻域列表
3.7 系综
3.7.1 NVE系综
3.7.2 NVT系综
3.7.3 NPT系综
3.8 恒温调节
3.8.1 Andersen恒温调节
3.8.2 Nose-Hoover Langevin恒温调节
3.9 原子应力计算
3.10 拉伸分子动力学
3.10.1 拉伸力的类型
3.10.2 恒速SMD模式
3.10.3 非平衡SMD分析
3.11 分子动力学软件LAMMPS
第4章 几种石墨烯的力学性质
4.1 手性石墨烯的拉伸力学性质
4.1.1 手性石墨烯的几何模型及模拟过程
4.1.2 模拟结果及分析
4.2 多层石墨烯的剪切力学性质
4.2.1 多层石墨烯的几何模型和模拟过程
4.2.2 模拟结果及分析
4.3 硅掺杂石墨烯的拉伸力学性质
4.3.1 硅掺杂石墨烯的几何模型和模拟过程
4.3.2 模拟结果及分析
第5章 硅烯的力学性质
5.1 翘曲硅烯的剪切力学性质
5.1.1 翘曲硅烯的结构模型和模拟过程
5.1.2 尺寸大小对翘曲硅烯剪切力学性质的影响
5.1.3 温度对翘曲硅烯剪切力学性质的影响
5.2 平面硅烯的力学性质
5.2.1 平面硅烯的结构模型和模拟过程
5.2.2 温度对平面硅烯剪切力学性质的影响
5.2.3 尺寸大小对平面硅烯拉伸力学性质的影响
第6章 锗烯的力学性质
6.1 锗烯的结构模型和模拟过程
6.2 锗烯的剪切力学性质
6.2.1 尺寸大小对锗烯剪切力学性质的影响
6.2.2 温度对锗烯剪切力学性质的影响
第7章 Ⅳ型菌毛的拉伸力学性质
7.1 Ⅳ型菌毛的结构和模拟分析方法
7.1.1 Ⅳ型菌毛的结构模型
7.1.2 Ⅳ型菌毛的拉伸模拟方法
7.1.3 拉伸力学性质的分析方法
7.2 Ⅳ型菌毛的拉伸力学性质和变形机理
7.2.1 Ⅳ型菌毛的拉伸力学响应
7.2.2 Ⅳ型菌毛的拉伸力学性质
7.2.3 Ⅳ型菌毛的拉伸力学过程
7.2.4 Ⅳ型菌毛的拉伸变形机理
7.3 Ⅳ型菌毛拉伸力学性质小结
结论
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯薄膜拉伸性能的分子动力学模拟[J]. 韩强,黄凌燕. 华南理工大学学报(自然科学版). 2012(02)
[2]石墨烯纳米压痕实验的分子动力学模拟[J]. 杨晓东,贺鹏飞,吴艾辉,郑百林. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2010(03)
[3]石墨烯拉伸力学性能温度相关性的数值模拟[J]. 韩同伟,贺鹏飞,王健,吴艾辉. 同济大学学报(自然科学版). 2009(12)
本文编号：3169141
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