多层石墨烯力学性质的分子动力学研究

发布时间：2021-10-24 10:13

　　与石墨的单原子层一样,石墨烯内部碳原子的排列方式以sp²杂化成键。而多层石墨烯的苯环结构是由碳原子紧密堆积的方式而形成的周期性结构。它不同的堆垛方式构成了一种新型的二维材料（包括AB堆垛、AA堆垛和ABC堆垛等）。由于以上纳米结构的特异性形成了其优异的性质,石墨烯可以被应用于许多先进的材料与器件之中,如液晶触摸材料、薄膜材料、压电材料、微型电子器件、储能材料和复合材料等。而且由于石墨烯还具有良好的导热性、极高的强度、高的透明度和大的比表面积。因此,石墨烯在生物传感器技术、场效应晶体管、太阳能电池、超级电容器、催化剂载体等光学、电子、信息存储、能源材料等领域具有广阔的应用前景,比如生物传感技术、场效应晶体管、太阳能电池、超级电容器和催化剂载体等。在本文中,我们将采用分子动力学理论方法,对多层石墨烯的力学性能进行全面的研究,内容如下:1.使用纳米压痕理论模拟计算了1-19层石墨烯的杨氏模量。结果表明,当层数较小时,杨氏模量基本保持在1.00 TPa左右。但当层数较大时,杨氏模量呈减小趋势,层数对纳米压痕下得到的杨氏模量影响较大。2.使用拉伸理论计算了1-19层石墨烯的... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：47 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

二维材料的结构图

石墨烯的结构石墨烯不仅仅是一种新型的纳米材料，并且其二维结构由碳原子根据蜂巢紧密的堆积而成，碳原子以由同一层的 1 个 s 轨道与 3 个 p 轨道中的两个2杂化的形式与其它碳原子连接成键，形成如同苯的六元环的结构。P 原上剩余的一个电子构成大π键，而 sp2杂化键构成的σ键使得石墨烯形成了的模型结构。在不断的研究中发现，热扰动可以损坏石墨烯的规则晶格的式，于是长期以来石墨烯的稳定结构不被人们看好。石墨烯的微观结构在观察后发现，其表面存在弹性的褶皱（图 1.2（a）），通过调控石墨烯的以用来抵抗原子的热振动，石墨烯材料便可以长期稳定的存在而不被破坏烯的边缘形式可以被分成两种类型：之字形边缘和扶手椅型边缘（图 1.2（字形边缘的石墨烯呈现金属的性质，然而扶手椅型边缘的石墨烯有时候属的性质而有时候呈现半导体的性质。在有辐射作用的环境中，碳原子重它的内部结构这一事实，表明之字形边缘的石墨烯更能稳定的存在[25]。

Liu 等人使用密度泛函理论推导出石墨烯的杨氏模量 E= 1.05 TPa，并得到扶手臂型的石墨烯和之字型的石墨烯的拉伸强度分别为 110图1.3 (a) 悬浮的石墨烯薄膜铺在有预制圆孔的基底上的石墨烯薄膜在扫描电子显微镜下的图片；(b) 原子力显微镜下非接触模式下的图片；(c) 悬浮石墨烯纳米压痕的示意图；(d) 石墨烯破坏后原子力显微镜下的图片。[28]


本文编号：3455097