本文選題：石墨烯 + 石墨炔　； 參考：《湘潭大學》2015年碩士論文

【摘要】：Sp2雜化形成的二維石墨烯是具有六角晶格結構的單原子層納米材料,它有望成為突破基于硅納米材料技術瓶頸的一種替代材料。石墨烯具有出色的光、電、磁和力學等方面的性質,在量子點、絕緣介質納米隘口、自旋電子管、發光電化學電池、太陽能電池、半導體材料和納米復合材料等領域有著廣泛的應用前景。本文采用經典分子動力學理論方法,對石墨烯等二維納米材料的納米壓痕力學性能展開了系統的研究,內容如下:(1)我們基于分子動力學方法研究了多層石墨烯的納米壓痕,采用分段擬合方法分別對大擾度和小擾度范圍進行擬合分析楊氏模量。研究表明,石墨烯的楊氏模量對不同的應變范圍具有不同的反應,取不同應變范圍計算得到的值大小不一,小擾度范圍得到的楊氏模量遠大于大擾度范圍。(2)我們模擬了多種不同尺寸圓膜和壓頭半徑模型,研究了預應力對多層石墨烯的楊氏模量測量的影響。研究表明1-5層石墨烯楊氏模量約為1.00 TPa。當石墨烯厚度大于五個原子層,石墨烯的楊氏模量隨著層數增大,這時它的楊氏模量與層數有一定關系。這種變化與石墨烯對應層數的預應力的變化自相一致。(3)我們分析了模擬溫度和堆垛方式對石墨烯的楊氏模量測量的影響。在300 K至1000 K溫度范圍,石墨烯的楊氏模量與溫度呈線性變化,楊氏模量隨溫度的升高而變大。這種現象是石墨烯強烈的非諧振性引起的。不同堆垛結構的多層石墨烯室溫下測得的楊氏模量基本一致,堆垛方式對測量影響較小。(4)我們研究了單層缺陷石墨烯納米壓痕,分析了點、空位和Stone-Wales三種缺陷單層石墨烯的楊氏模量。研究了單層缺陷石墨烯的楊氏模和缺陷影響力學性能的機制,單層缺陷石墨烯的力學強度與缺陷的尺寸以及缺陷處的晶界角度有關。(5)我們開創性的利用分子動力學方法研究了新型二維納米材料石墨炔的納米壓痕。結果表明石墨炔的力學強度約為石墨烯的1/2,石墨炔比石墨烯柔軟,石墨炔對溫度的反應更遲鈍,阻抗更弱。
[Abstract]:Sp2 hybrid two-dimensional graphene is a monoatomic layer nanomaterial with hexagonal lattice structure, which is expected to be a substitute material to break through the bottleneck of silicon nanomaterials technology. Graphene has excellent optical, electrical, magnetic and mechanical properties, such as quantum dots, dielectric nanowires, spin tubes, electrochemically emitting cells, solar cells, etc. Semiconductor materials and nanocomposites have a wide range of applications. In this paper, the mechanical properties of nano-indentation of graphene and other two-dimensional nanomaterials are systematically studied by using classical molecular dynamics theory. The contents are as follows: (1) based on the molecular dynamics method, we have studied the nano-indentation of multilayer graphene. The section fitting method is used to fit and analyze the Young's modulus in the range of large disturbance and small disturbance respectively. The results show that the Young's modulus of graphene has different reactions to different strain ranges, and the values calculated from different strain ranges are different. The Young's modulus obtained in the small disturbance range is much larger than that in the large one. (2) We simulate a variety of models of circular film and head radius with different sizes and study the influence of prestress on the Young's modulus measurement of multilayer graphene. The results show that the Young's modulus of 1-5 layers of graphene is about 1.00 TPA. When the thickness of graphene is greater than five atomic layers, the Young's modulus of graphene increases with the number of layers. This change is consistent with the change of the number of graphene layers. (3) the effects of simulated temperature and stacking mode on the Young's modulus of graphene are analyzed. In the temperature range of 300K to 1000 K, the Young's modulus of graphene varies linearly with the temperature, and the Young's modulus increases with the increase of temperature. This phenomenon is caused by the strong non-resonance of graphene. The Young's modulus measured at room temperature for multilayer graphene with different stacking structures is basically the same. (4) the nanoindentation of graphene with single layer defects is studied and the points are analyzed. The Young's modulus of graphene monolayer with vacancy and Stone-Wales defects. The Young's model of graphene with monolayer defects and the mechanism of the effect of defects on mechanical properties were studied. The mechanical strength of graphene monolayer is related to the size of defects and the grain boundary angle of defects. (5) We have studied the nano-indentation of graphene by molecular dynamics. The results show that the mechanical strength of graphene is about 1 / 2 of that of graphene.
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O613.71;TB383.1

【共引文獻】

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本文編號：2063891