缺陷石墨烯拉伸力学性能的分子模拟研究分析 物理学专业VIP免费

重庆大学本科学生毕业设计（论文）缺陷石墨烯拉伸力学性能的分子模拟研究学生：学号：指导教师：专业：重庆大学机械工程学院2019年6月GraduationDesign(Thesis)ofChongqingUniversityMolecularDynamicsStudiesontheMechanicalPropertiesofDefectGrapheneUndergraduate:Supervisor:AssociateProf.Major:CollegeofMechanicalEngineeringChongqingUniversityJune2019摘要在机械应用领域，石墨烯的力学性能尤为关键。但由于制备工艺的限制，在实际工业生产中所获取的石墨烯在应用中存在诸多缺陷。这种缺陷将会影响石墨烯的力学性能，由此可知对工业生产中石墨烯产品的缺陷类型及其防治措施进行研究对提升石墨烯的力学性能具有重要影响。在本篇文章中对扶手椅方向以及锯齿形方向石墨烯的力学性能进行研究，所采用的方法为分子动力学方法，研究结果为：沿扶手椅和锯齿型方向拉伸时石墨烯的拉伸强度分别为：149.1GPa和230.7GPa；沿两方向拉伸时石墨烯的弹性模量分别为0.896TPa和0.795TPa。模拟结果与研究者研究的文献具有良好的一致性。就石墨烯断裂形式而言，两种拉伸方向上都是从边缘开始断裂，但断裂方向和拉伸方向之间的夹角不同：沿扶手椅方向拉伸时夹角大约为45°，沿锯齿型方向拉伸时夹角大约为90°。随后本文分别从材料的缺陷类型、数量、重构以及分布形式等四个方面论述了材料缺陷对石墨烯力学性能以及断裂方式等方面的影响。根据实验结果可知，材料的缺陷在一定程度上影响了石墨烯的力学性能，其中双空位缺陷对石墨烯的力学性能影响较大，当石墨烯材料出现单空位缺陷时对力学性能的影响低于双空位缺陷，其中SW缺陷对材料的力学性能影响最小，且随着缺陷数量的增加影响程度进一步加深，但空位缺陷重构可以降低缺陷对石墨烯拉伸力学性能的影响。这与石墨烯中存在悬键的数量有关，悬键数量越多，对石墨烯拉伸力学性能的而影响也会越大。就石墨烯材料的缺陷分布方向而言，拉伸和缺陷分布方向重合度小，因而对石墨烯的力学性能影响较大。关键词：石墨烯，缺陷，分子动力学，杨氏模量，拉伸强度ABSTRACTInthefieldofmechanicalapplications,themechanicalpropertiesofgrapheneareparticularlycritical.However,duetothelimitationofthepreparationprocess,thegrapheneobtainedinactualindustrialproductionhasmanydefectsintheapplication.Thiskindofdefectwillaffectthemechanicalpropertiesofgraphene.Itcanbeseenthattheresearchonthedefecttypesandpreventionmeasuresofgrapheneproductsinindustrialproductionhasanimportantinfluenceonimprovingthemechanicalpropertiesofgraphene.Inthispaper,themechanicalpropertiesofgrapheneintheorientationofthearmchairandinthezigzagdirectionarestudied.Themethodusedisamoleculardynamicsmethod.Theresultsare:stretchingofgrapheneduringstretchinginthearmchairandzigzagdirection.Theintensitieswere:149.1GPaand230.7GPa,respectively;thetensilemodulusofgraphenewhenstretchedintwodirectionswas0.896TPaand0.795TPa,respectively.Thesimulationresultsareingoodagreementwiththeliteraturestudiedbytheresearchers.Asfarasthegraphenefractureformisconcerned,bothdirectionsofstretchingstartfromtheedge,buttheanglebetweenthedirectionoffractureandthedirectionofstretchingisdifferent:theangleofstretchinginthedirectionofthearmchairisabout45°,alongtheTheangleinthezigzagdirectionisapproximately90°.Then,thepaperdiscussestheeffectsofmaterialdefectsonthemechanicalpropertiesandfracturemodesofgraphenefromfouraspects:defecttype,quantity,reconstructionanddistributionform.Accordingtotheexperimentalresults,thedefectsofthematerialaffectthemechanicalpropertiesofgraphenetoacertainextent.Thedoublevacancydefectshaveagreatinfluenceonthemechanicalpropertiesofgraphene.Whenthegraphenematerialhassinglevacancydefects,themechanicalpropertiesarelessthanthat.Doublevacancydefects,inwhich...