离子辐照对石墨烯热导率的影响

发布时间：2017-10-08 09:35

  本文关键词：离子辐照对石墨烯热导率的影响

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【摘要】：石墨烯作为典型的二维纳米材料,具有优异的力、热、光、电、磁等特性,自2004年成功制备以来,一直是凝聚态物理和材料领域最受关注的材料之一。石墨烯的性质可以通过施加外场、应力、量子剪裁和纳米复合等多种手段进行调制,基于各种调制手段对其性能的提升是其研究的重要方向。其中,通过缺陷即所谓的缺陷工程来调制石墨烯的电热等性质是凝聚态领域研究的热点。本文采用非平衡态分子动力学方法,重点研究了缺陷对石墨烯热学性质的调制作用。首先采用离子辐射的方式,形成缺陷结构,研究了缺陷形成的力学规律,在此基础上研究了缺陷对石墨烯热导率的影响,并进一步建立辐照离子能量、剂量、入射角度与热导率之间的调制规律。主要开展了如下工作:(1)辐照能量与石墨烯缺陷的形成关系。首先采用单个离子辐照石墨烯,随着入射离子能量的改变,模拟产生四个随机事件:吸附、反弹、缺陷和穿透,通过对大量入射事件的统计研究,得到四个事件的发生概率与入射离子能量之间的关系。(2)辐照离子剂量对石墨烯热导率的影响。结果显示,在任一确定的入射离子能量下,石墨烯条带的热导率随着入射离子剂量的增大而减小。并且随着入射离子能量的增加,不同离子剂量对石墨烯热导率的影响非常类似,热导率的升高或者降低与吸附原子及缺陷的数目密切相关(其中反弹和穿透事件对石墨烯条带热导率不产生影响),计算结果还表明无论是吸附原子还是空位缺陷,热导率都随着缺陷或吸附原子的浓度增加先迅速降低,而后缓慢降低,且在相同的浓度下,空位对石墨烯热导率的抑制作用要明显强于吸附原子。(3)辐照离子入射角度对石墨烯热导率的影响。研究了不同入射角度与热导率的关系,随离子入射角度的增大,石墨烯中缺陷的数目增加,热导率缓慢降低,且这种降低呈现出非线性特性。当角度大于60°时,缺陷的数目逐渐减少,热导率呈快速上升趋势。通过缺陷形成概率与入射离子能量和入射角度之间的关系,揭示了石墨烯的热导率与入射离子能量和入射角度之间的内在机制。
【关键词】：分子动力学 石墨烯 辐照损伤 热导率
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-18
• 1.1 石墨烯的出现9
• 1.2 石墨烯的基本结构及制备9-11
• 1.2.1 石墨烯的基本结构9-10
• 1.2.2 石墨烯的主要制备方法10-11
• 1.3 石墨烯的主要性质11-15
• 1.3.1 石墨烯的电学性质11-13
• 1.3.2 石墨烯的力学性质13-14
• 1.3.3 石墨烯的热学性质14
• 1.3.4 石墨烯的其他性质14-15
• 1.4 石墨烯热输运性质的研究现状及进展15-17
• 1.4.1 缺陷对石墨烯热输运的影响15-17
• 1.4.2 离子辐照17
• 1.5 本文研究的目的及内容17-18
• 第2章 分子动力学方法18-25
• 2.1 分子动力学方法简介18-19
• 2.2 分子动力学方法分类19-25
• 2.2.1 平衡态分子动力学方法19-21
• 2.2.2 非平衡态分子动力学模拟21-25
• 第3章 离子辐照对石墨烯热导率的分子动力学模拟25-36
• 3.1 模拟方案设计25-28
• 3.1.1 模拟计算初始设置25-26
• 3.1.2 势函数的选择26-28
• 3.2 模拟结果与讨论28-36
• 3.2.1 辐照能量与石墨烯缺陷的形成关系28-30
• 3.2.2 石墨烯热导率随辐照离子剂量的关系30-32
• 3.2.3 石墨烯热导率随辐照离子入射角度的关系32-36
• 第4章 总结与展望36-38
• 4.1 总结36-37
• 4.2 展望37-38
• 参考文献38-43
• 致谢43-44
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果44

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本文编号：993296