原子级缺陷对单晶/多晶石墨烯断裂韧性的影响
发布时间：2021-02-24 08:17
石墨烯因其独特的光学、电学以及力学等方面的性能,引起了学术界的广泛关注。然而,在实际应用中石墨烯纳米带中往往存在各类缺陷（如裂纹、孔洞）,这些缺陷不可避免影响石墨烯的力学性能。本文采用有限元分析与分子动力学模拟相结合的方法,系统研究了原子级缺陷对单晶及多晶石墨烯力学性能的影响,探讨了缺陷与裂纹的相互作用对单晶石墨烯力学性能的影响。本文主要研究内容如下:（1）利用分子结构力学,基于碳原子间Reactive Empirical Bond-Order interatomic potential of second generation（第二代REBO）势函数,建立了石墨烯中碳-碳键的非线性Timoshenko梁模型。通过与已有单层纯石墨烯力学性能的实验数据以及分子动力学（MD）模拟结果进行对比,验证了有限元（FE）模拟的准确性。其次,系统研究了在I型加载条件下不同手性单晶石墨烯中裂纹与缺陷之间的相互作用。MD与FE模拟结果表明,缺陷倾斜角度θ、缺陷与裂纹尖端之间距离r以及石墨烯的手性角决定了裂纹尖端应力场的屏蔽效应。此外,构建不同孔径的圆孔缺陷以及不同密度的五边形-七边形缺陷模型。MD与FE...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)石墨烯二维平面结构示意图；(b)石墨烯组成的碳材料单元在微观原子尺度上，石墨烯的力学性能与其由强共价碳碳键形成的六边形晶格结构
江南大学硕士学位论文6图1-2石墨烯用于生物医疗领域[17](a)用于DNA测序的石墨烯纳米孔；(b)石墨烯促进药物传递示意图众所周知，薄膜分离技术在新型化工领域具有重要意义。然而由于聚合物膜表现出的难耐高温，以及易与强酸、强碱等有机物质发生化学反应。因此，具有更好的热稳定性和化学稳定性的分离膜是非常理想的。石墨烯因其原子厚度、高机械强度和化学稳定性等优异性能，深受学者关注，并被证实是发展分子尺度选择性分离膜的优良材料。石墨烯在原始状态下被测试为一种不渗透材料，由于石墨烯自身独特的结构所具有的不渗透性，在工业应用中往往可以用作保护层。而石墨烯的膜只有形成纳米孔或纳米通道才可筛选原子级别的各种异物。其中应用较为普遍的的便是纳米多孔石墨烯和氧化石墨烯膜（GOMs）。结构示意图如下图1-3，离子在纳米多孔石墨烯的选择性通过取决于孔径以及离子与孔之间的相互作用，离子排斥则可以通过纳米孔的功能化进行调节。石墨烯中亲水孔与疏水孔相比，水通量更高，同时盐分截留率也更低。从理论上来说，纳米多孔石墨烯可以排斥盐离子，其水通量相比现有技术的渗透膜高2-3个数量级。因此，该项技术具有非常可观的收益价值，值得广大学者深入探讨研究，最终实现商业化。图1-3两种基石墨烯膜的示意图[20](a)由设定尺寸的纳米多孔石墨烯膜；(b)由堆叠的GO组成的GOM；(c)分子筛结构示意图
江南大学硕士学位论文6图1-2石墨烯用于生物医疗领域[17](a)用于DNA测序的石墨烯纳米孔；(b)石墨烯促进药物传递示意图众所周知，薄膜分离技术在新型化工领域具有重要意义。然而由于聚合物膜表现出的难耐高温，以及易与强酸、强碱等有机物质发生化学反应。因此，具有更好的热稳定性和化学稳定性的分离膜是非常理想的。石墨烯因其原子厚度、高机械强度和化学稳定性等优异性能，深受学者关注，并被证实是发展分子尺度选择性分离膜的优良材料。石墨烯在原始状态下被测试为一种不渗透材料，由于石墨烯自身独特的结构所具有的不渗透性，在工业应用中往往可以用作保护层。而石墨烯的膜只有形成纳米孔或纳米通道才可筛选原子级别的各种异物。其中应用较为普遍的的便是纳米多孔石墨烯和氧化石墨烯膜（GOMs）。结构示意图如下图1-3，离子在纳米多孔石墨烯的选择性通过取决于孔径以及离子与孔之间的相互作用，离子排斥则可以通过纳米孔的功能化进行调节。石墨烯中亲水孔与疏水孔相比，水通量更高，同时盐分截留率也更低。从理论上来说，纳米多孔石墨烯可以排斥盐离子，其水通量相比现有技术的渗透膜高2-3个数量级。因此，该项技术具有非常可观的收益价值，值得广大学者深入探讨研究，最终实现商业化。图1-3两种基石墨烯膜的示意图[20](a)由设定尺寸的纳米多孔石墨烯膜；(b)由堆叠的GO组成的GOM；(c)分子筛结构示意图
【参考文献】：
硕士论文
[1]石墨烯有限元模型及其动态断裂[D]. 肖海峰.南京航空航天大学 2014
本文编号：3049081
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)石墨烯二维平面结构示意图；(b)石墨烯组成的碳材料单元在微观原子尺度上，石墨烯的力学性能与其由强共价碳碳键形成的六边形晶格结构
江南大学硕士学位论文6图1-2石墨烯用于生物医疗领域[17](a)用于DNA测序的石墨烯纳米孔；(b)石墨烯促进药物传递示意图众所周知，薄膜分离技术在新型化工领域具有重要意义。然而由于聚合物膜表现出的难耐高温，以及易与强酸、强碱等有机物质发生化学反应。因此，具有更好的热稳定性和化学稳定性的分离膜是非常理想的。石墨烯因其原子厚度、高机械强度和化学稳定性等优异性能，深受学者关注，并被证实是发展分子尺度选择性分离膜的优良材料。石墨烯在原始状态下被测试为一种不渗透材料，由于石墨烯自身独特的结构所具有的不渗透性，在工业应用中往往可以用作保护层。而石墨烯的膜只有形成纳米孔或纳米通道才可筛选原子级别的各种异物。其中应用较为普遍的的便是纳米多孔石墨烯和氧化石墨烯膜（GOMs）。结构示意图如下图1-3，离子在纳米多孔石墨烯的选择性通过取决于孔径以及离子与孔之间的相互作用，离子排斥则可以通过纳米孔的功能化进行调节。石墨烯中亲水孔与疏水孔相比，水通量更高，同时盐分截留率也更低。从理论上来说，纳米多孔石墨烯可以排斥盐离子，其水通量相比现有技术的渗透膜高2-3个数量级。因此，该项技术具有非常可观的收益价值，值得广大学者深入探讨研究，最终实现商业化。图1-3两种基石墨烯膜的示意图[20](a)由设定尺寸的纳米多孔石墨烯膜；(b)由堆叠的GO组成的GOM；(c)分子筛结构示意图
江南大学硕士学位论文6图1-2石墨烯用于生物医疗领域[17](a)用于DNA测序的石墨烯纳米孔；(b)石墨烯促进药物传递示意图众所周知，薄膜分离技术在新型化工领域具有重要意义。然而由于聚合物膜表现出的难耐高温，以及易与强酸、强碱等有机物质发生化学反应。因此，具有更好的热稳定性和化学稳定性的分离膜是非常理想的。石墨烯因其原子厚度、高机械强度和化学稳定性等优异性能，深受学者关注，并被证实是发展分子尺度选择性分离膜的优良材料。石墨烯在原始状态下被测试为一种不渗透材料，由于石墨烯自身独特的结构所具有的不渗透性，在工业应用中往往可以用作保护层。而石墨烯的膜只有形成纳米孔或纳米通道才可筛选原子级别的各种异物。其中应用较为普遍的的便是纳米多孔石墨烯和氧化石墨烯膜（GOMs）。结构示意图如下图1-3，离子在纳米多孔石墨烯的选择性通过取决于孔径以及离子与孔之间的相互作用，离子排斥则可以通过纳米孔的功能化进行调节。石墨烯中亲水孔与疏水孔相比，水通量更高，同时盐分截留率也更低。从理论上来说，纳米多孔石墨烯可以排斥盐离子，其水通量相比现有技术的渗透膜高2-3个数量级。因此，该项技术具有非常可观的收益价值，值得广大学者深入探讨研究，最终实现商业化。图1-3两种基石墨烯膜的示意图[20](a)由设定尺寸的纳米多孔石墨烯膜；(b)由堆叠的GO组成的GOM；(c)分子筛结构示意图
【参考文献】：
硕士论文
[1]石墨烯有限元模型及其动态断裂[D]. 肖海峰.南京航空航天大学 2014
本文编号：3049081
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3049081.html
