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多晶石墨烯拉伸断裂行为的分子动力学模拟

何欣 白清顺 白锦轩

多晶石墨烯拉伸断裂行为的分子动力学模拟

何欣, 白清顺, 白锦轩
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  • 采用分子动力学模拟方法研究了不同晶界对石墨烯拉伸力学特性及断裂行为的影响. 定义了表征晶界能量特性的新参量缺陷能, 并以此为基础分析了晶界结构的能量特性. 探讨了晶界对弹性模量和强度极限等的影响以及强度对晶界能量特性的依赖关系. 结果表明: 晶界能量特性可以间接反映晶界强度; 同时, 晶界中缺陷会使实际承载碳键数量小于名义承载碳键数, 从而在较大范围内影响弹性模量. 分析了不同晶界的断裂过程, 发现了裂纹扩展方向的强度依赖性: 低强度晶界主要是以碳键直接断裂为主要方式的沿晶断裂, 而高强度晶界通常是碳键直接断裂和Stone-Wales翻转过程交替进行下的穿晶断裂. 研究结果可为石墨烯器件的设计制造提供理论指导.
      通信作者: 何欣, x.he@hit.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51535003, 51575138)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-01-19
  • 修回日期:  2016-03-13
  • 刊出日期:  2016-06-05

多晶石墨烯拉伸断裂行为的分子动力学模拟

  • 1. 哈尔滨工业大学机电工程学院, 哈尔滨 150001
  • 通信作者: 何欣, x.he@hit.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51535003, 51575138)资助的课题.

摘要: 采用分子动力学模拟方法研究了不同晶界对石墨烯拉伸力学特性及断裂行为的影响. 定义了表征晶界能量特性的新参量缺陷能, 并以此为基础分析了晶界结构的能量特性. 探讨了晶界对弹性模量和强度极限等的影响以及强度对晶界能量特性的依赖关系. 结果表明: 晶界能量特性可以间接反映晶界强度; 同时, 晶界中缺陷会使实际承载碳键数量小于名义承载碳键数, 从而在较大范围内影响弹性模量. 分析了不同晶界的断裂过程, 发现了裂纹扩展方向的强度依赖性: 低强度晶界主要是以碳键直接断裂为主要方式的沿晶断裂, 而高强度晶界通常是碳键直接断裂和Stone-Wales翻转过程交替进行下的穿晶断裂. 研究结果可为石墨烯器件的设计制造提供理论指导.

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参考文献 (40)

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