双晶石墨烯纳米带力学性能的理论研究

发布时间：2024-04-16 05:45

　　石墨烯是由单层碳原子通过共价键结合而成,具有六方对称结构的二维晶体材料。目前的理论模拟和实验研究都表明理想石墨烯具有超高的杨氏模量和极限强度,以及非常优异的热、电、光等性能,并在很多领域都具有极其广泛的应用前景,是近年来各个领域研究的热点之一。但目前在实验室中利用化学气相沉积法得到的石墨烯,通常是含有众多晶界和晶粒的多晶石墨烯,因此晶界的存在对石墨烯性能的影响是石墨烯材料应用过程中必须要考虑的一个问题。本文基于改进的分子结构力学方法结合有限元软件研究双晶石墨烯的力学性能和变形机理,探索晶界对石墨烯力学性能的影响。基于晶体位错理论构建双晶石墨烯纳米带的理论模型,给出了利用“缝补法”构建任意晶界向错角度双晶石墨烯的方法。同时通过改进的分子结构力学,利用矩形截面梁单元模拟碳-碳共价键,建立石墨烯的等效框架结构模型,并利用有限元软件对石墨烯的弹性性能和断裂失效强度进行模拟计算,发现:石墨烯的弹性性能与手性有关且具有明显的尺寸效应,armchair型石墨烯的杨氏模量和泊松比分别大于和小于zigzag型石墨烯,石墨烯杨氏模量和泊松比的数值大小分别为1.02TPa-1.04TPa、0.172-0.1...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-3石墨烯中的典型缺陷

图1-3石墨烯中的典型缺陷。其中(a)、(e)和(b)、(f)分别为S-W缺陷[56]和空位缺陷[56]的结构示意图及透射电子显微镜示意图，(c)、(g)和(d)、(h)是增原子缺陷[55]和一维线缺陷[59]的原子结构示意图。Fig1-3Thetypicalde....

图2-6向错偶极子及晶界模型（a向错偶极子模型,b两个向错偶极子组成的向错偶极子团，c由a向错偶极子非均匀分布构成的晶界角为16.43°的晶界)

第二章双晶石墨烯纳米带理论模型为了探索晶界对石墨烯力学性能的影响，本章中构建了一系列晶界向错晶石墨烯模型。并且按照平行于晶界方向石墨烯的手性，将所有的双晶型分为armchair型和zigzag型两种。晶界上的缺陷排列有无数种情形型有很多，但考虑到其他缺陷类型具有较高的形....

图3-2zigzag型和armchair型理想石墨烯纳米带杨氏模量的尺寸效应Figure3-2SizeeffectsofYoung'smodulusforperfectzigzagandarmchairgraphenenanoribbons

图3-2zigzag型和armchair型理想石墨烯纳米带杨氏模量的尺寸效应gure3-2SizeeffectsofYoung'smodulusforperfectzigzagandarmchairgraphenenanorib图3-3zig....

图3-3zigzag型和armchair型纳米带泊松比的尺寸效应Figure3-3SizeeffectsofPoisson'sratioforperfectzigzagandarmchairgraphenenanoribbons.

26图3-3zigzag型和armchair型纳米带泊松比的尺寸效应igure3-3SizeeffectsofPoisson'sratioforperfectzigzagandarmchairgraphenenanoribbo2理想石墨烯纳米带....

本文编号：3956540