石墨烯力学性质的分子动力学研究

发布时间：2017-09-12 13:03

  本文关键词：石墨烯力学性质的分子动力学研究

  更多相关文章： 石墨烯 裂纹 晶界 强度 弹性模量 分子动力学模拟 纳米压痕 单轴拉伸

【摘要】：石墨烯是仅有单原子厚度的二维蜂窝状晶体,具有优异的力学性质,是目前自然界中发现的最薄、强度最高的材料。但是,当前常用制备方法得到的石墨烯通常含有晶界、裂纹和其它拓扑缺陷,这些缺陷的存在将严重影响石墨烯的力学性质。通过实验方法来直接测量石墨烯的力学性质难度比较大,与之相比,分子动力学方法不仅可以模拟和预测石墨烯的各种力学性质,而且可以从原子尺度观察模拟过程中的力学行为及其破坏机制,已成为研究石墨烯力学性质的常用方法之一。本文在前两章分别简单介绍了石墨烯材料和分子动力学方法,论文主要研究工作包括两方面,在第三和第四章分别讨论。第三章主要研究了含有晶界并且在晶界方向含有预裂纹的石墨烯的力学性质。通过对预生成的石墨烯在其晶界和裂纹的垂直方向进行单轴拉伸,得到了应力-应变曲线,分析了不同裂纹尖端的纳观结构对其力学性质的影响,重点研究了裂纹和晶界长度对石墨烯力学性质的定量影响。第四章主要研究了多晶石墨烯的力学性质及其尺寸效应。分别利用纳米压痕和单轴拉伸分子动力学模拟的方法对多晶石墨烯进行加载,得到其弹性模量和破坏强度等主要力学性质,重点探讨了两种测量方法对于多晶石墨烯弹性模量和破坏强度的预测是否存在差异、多晶石墨烯的力学性质是否依赖于其晶粒大小、拓扑结构是否影响固定晶粒大小的多晶石墨烯的力学性质等问题。
【关键词】：石墨烯 裂纹 晶界 强度 弹性模量 分子动力学模拟 纳米压痕 单轴拉伸
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-20
• 1.1 石墨烯的简介11-14
• 1.1.1 石墨烯的基本结构12
• 1.1.2 石墨烯的主要性能12-13
• 1.1.3 石墨烯的应用前景13-14
• 1.2 石墨烯力学性质的研究现状14-18
• 1.3 本文的主要工作18-20
• 2 分子动力学方法20-35
• 2.1 基本原理和计算方法20-21
• 2.2 原子间的相互作用势21-24
• 2.2.1 AIREBO势函数23-24
• 2.2.2 Lennard-Jones势函数24
• 2.3 Verlet数值积分算法24-25
• 2.4 Nose-Hoover温度控制方法25-27
• 2.5 LAMMPS软件在研究石墨烯力学性质方面的应用27-33
• 2.5.1 参数单位的选择27-28
• 2.5.2 力学参数的计算28-30
• 2.5.3 模拟方法30
• 2.5.4 单晶石墨烯的弛豫30-32
• 2.5.5 单晶石墨烯的单轴拉伸模拟32-33
• 2.6 本章小结33-35
• 3 裂纹对含有晶界的石墨烯的力学性质的影响35-49
• 3.1 模型拓扑结构的生成37-38
• 3.2 模拟方法与过程38
• 3.3 结果分析38-47
• 3.3.1 向错偶极子模型38-41
• 3.3.2 晶界位错与裂纹尖端位置关系对力学性质的影响41-44
• 3.3.3 晶界处位错密度对力学性质的影响44-46
• 3.3.4 裂纹长度对力学性质的影响46-47
• 3.4 本章小结47-49
• 4 多晶石墨烯力学性质的分子动力学研究49-66
• 4.1 Voronoi方法生成的多晶石墨烯50-52
• 4.2 分子动力学模拟52-55
• 4.2.1 纳米压痕模拟52-53
• 4.2.2 单轴拉伸模拟53-55
• 4.3 结果分析55-64
• 4.3.1 纳米压痕的理论模型55-57
• 4.3.2 纳米压痕模拟的力-压痕深度关系57-58
• 4.3.3 单轴拉伸模拟的应力-应变关系58-59
• 4.3.4 纳米压痕与单轴拉伸结果的对比59-64
• 4.4 本章小结64-66
• 5 总结与展望66-68
• 5.1 总结66
• 5.2 展望66-68
• 参考文献68-79
• 作者简介79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 赵静;张广宇;时东霞;;Review of graphene-based strain sensors[J];Chinese Physics B;2013年05期

2 宋洪松;杨程;刘大博;;石墨烯/环氧树脂复合材料的介电性能研究[J];功能材料;2012年09期

3 文玉华,朱如曾,周富信,王崇愚;分子动力学模拟的主要技术[J];力学进展;2003年01期

，

本文编号：837362