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不同温度条件下单层石墨烯纳米带弛豫性能的分子动力学研究

王卫东 郝跃 纪翔 易成龙 牛翔宇

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不同温度条件下单层石墨烯纳米带弛豫性能的分子动力学研究

王卫东, 郝跃, 纪翔, 易成龙, 牛翔宇

Relaxation properties of graphene nanoribbons at different ambient temperatures: a molecular dynamics study

Wang Wei-Dong, Hao Yue, Ji Xiang, Yi Cheng-Long, Niu Xiang-Yu
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  • 分别采用Tersoff-Brenner势和AIREBO势,对三种长宽比的单层石墨烯纳米带在不同热力学温度 (0.01——4000 K)下的弛豫性能进行了分子动力学模拟.对基于两种势函数模拟的石墨烯纳米带 弛豫的能量曲线和表面形貌进行了分析对比,研究了石墨烯纳米带在弛豫过程中的动态平衡过程. 模拟结果表明:单层石墨烯纳米带并非完美的平面结构,边缘处和内部都会呈现一定程度的起伏和皱褶, 这与已有的实验结果相符合;石墨烯纳米带的表面起伏程度随长宽比的减小而减小, 并且在不同温度条件下,系统动能对石墨烯纳米带的弛豫变形的影响很大,即系统温度越高, 石墨烯纳米带的弛豫变形幅度愈大;高长宽比纳米带在一定温度条件下甚至会出现卷曲现象. 最后,对采用Tersoff-Brenner势和AIREBO势进行石墨烯的分子动力学模拟进行了深入分析.
    At different thermodynamic temperatures (between 0.01 and 4000 K), the relaxation properties of three kinds of graphene nanoribbons with different aspect ratios are simulated by molecular dynamics method based on Tersoff-Brenner and AIREBO potential functions separately. Then we compare the energy curves and surface morphologies of nanoribbon relaxation with two kinds of potential functions, and study the dynamic equilibrium process of the graphene nanoribbons during their relaxation simulation. The simulation results show that the single layer graphene nanoribbon is not of a perfect planar structure and that a certain degree of fluctuations and folds occur at the edges and inside of nanoribbons, which are consistent with the existing experimental results; the surface fluctuation level of graphene nanoribbons decreases with the reduction of the aspect ratio, and the system kinetic energy has a dramatic influence on the relaxation deformation of the graphene nanoribbons at different temperatures, which indicates that the higher the system temperature, the greater the deformation is. Curl phenomenon could appear even on the surface of the nanoribbon with a high aspect ratio at a certain temperature. Finally, the simulations of graphen molecular dynamics by using the Tersoff-Brenner and AIREBO potential are deeply analyzed.
    • 基金项目: 中国博士后科学基金(批准号: 20100471605);中央高校基本科研业务费(批准号: K50510040002)和国家自然科学基金青年基金(批准号: 51205302)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the China Postdoctoral Science Foundation (Grant No. 20100471605), the Fundamental Research Fund for the Central Universities, China (Grant No. K50510040002), and the Young Scientists Fund of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51205302).
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-01-12
  • 修回日期:  2012-05-03
  • 刊出日期:  2012-10-05

不同温度条件下单层石墨烯纳米带弛豫性能的分子动力学研究

  • 1. 西安电子科技大学机电工程学院, 西安 710071;
  • 2. 西安电子科技大学,宽带隙半导体技术国家重点学科实验室, 西安 710071
    基金项目: 中国博士后科学基金(批准号: 20100471605);中央高校基本科研业务费(批准号: K50510040002)和国家自然科学基金青年基金(批准号: 51205302)资助的课题.

摘要: 分别采用Tersoff-Brenner势和AIREBO势,对三种长宽比的单层石墨烯纳米带在不同热力学温度 (0.01——4000 K)下的弛豫性能进行了分子动力学模拟.对基于两种势函数模拟的石墨烯纳米带 弛豫的能量曲线和表面形貌进行了分析对比,研究了石墨烯纳米带在弛豫过程中的动态平衡过程. 模拟结果表明:单层石墨烯纳米带并非完美的平面结构,边缘处和内部都会呈现一定程度的起伏和皱褶, 这与已有的实验结果相符合;石墨烯纳米带的表面起伏程度随长宽比的减小而减小, 并且在不同温度条件下,系统动能对石墨烯纳米带的弛豫变形的影响很大,即系统温度越高, 石墨烯纳米带的弛豫变形幅度愈大;高长宽比纳米带在一定温度条件下甚至会出现卷曲现象. 最后,对采用Tersoff-Brenner势和AIREBO势进行石墨烯的分子动力学模拟进行了深入分析.

English Abstract

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