石墨烯及其拼接結(jié)構(gòu)的“水波效應(yīng)”.pdf

1、在過(guò)去的幾十年中，低維碳材料在各方面的研究得到了飛速的發(fā)展，尤其是二維碳材料——石墨烯的成功制備，引發(fā)了關(guān)于低維材料的前所未有的研究熱潮。石墨烯，作為一種新型的碳納米材料，由于在力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)以及熱學(xué)等方面表現(xiàn)出的優(yōu)異性能，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。石墨烯表面的漣漪，作為一種固有屬性，對(duì)其機(jī)械性能、電子特性以及磁性質(zhì)都會(huì)產(chǎn)生較大的影響。然而，由于這些固有漣漪是自發(fā)形成、無(wú)序分布的，所以在很大程度上限制了其應(yīng)用范圍。如果能夠?qū)κ┲胁y

2、的結(jié)構(gòu)和分布進(jìn)行人為地控制和設(shè)計(jì)，就可以更好地?cái)U(kuò)大其應(yīng)用范圍。因此，對(duì)石墨烯中可控波紋的產(chǎn)生方法以及規(guī)律特征展開(kāi)探究將具有重要的理論意義和潛在的實(shí)用價(jià)值。
　　本論文主要采用經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法分別對(duì)單層完美石墨烯、缺陷石墨烯、由一維的線型碳或者石墨烯納米帶連接兩片石墨烯所組成的拼接結(jié)構(gòu)的“水波效應(yīng)”進(jìn)行了研究，從形變和能量的角度出發(fā)，揭示了石墨烯及其缺陷、線型碳以及石墨烯納米帶的一些性質(zhì)，豐富了碳納米材料中波紋的研究成果，對(duì)

3、于其潛在的應(yīng)用具有理論參考意義。本論文主要的研究成果如下:
　　(1)石墨烯受到C60撞擊之后會(huì)產(chǎn)生“水波效應(yīng)”，動(dòng)態(tài)波紋的輪廓經(jīng)歷了從最初的“六邊形”變?yōu)椤岸噙呅巍弊詈筅呌凇皥A形”的過(guò)程。在分析波紋的位移時(shí)，發(fā)現(xiàn)波紋在石墨烯中的傳播過(guò)程呈現(xiàn)出阻尼特征，峰值隨著離開(kāi)撞擊點(diǎn)距離的增加呈指數(shù)衰減。在波紋傳播的同時(shí)也伴隨著能量的傳播，集中在撞擊點(diǎn)處的應(yīng)變能以動(dòng)態(tài)波紋的形式呈放射狀向周?chē)稚?，避免了局部能量集中，體現(xiàn)了石墨烯良好的能量緩沖

4、性能，有望在表面保護(hù)方面發(fā)揮作用。
　　(2)SW缺陷以及空位缺陷的引入會(huì)對(duì)波紋在石墨烯中的傳播過(guò)程產(chǎn)生影響，不僅會(huì)使波紋的位移分布輪廓變得不規(guī)則，而且分析結(jié)果表明，SW缺陷和空位缺陷都善于從波紋中吸收能量，并將其貯存在自身內(nèi)部，而不能有效地將吸收的能量傳遞出去，石墨烯缺陷的這種特性也預(yù)示了其在儲(chǔ)能領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。另外，還探究了溫度對(duì)于“水波效應(yīng)”的影響作用。溫度的升高，不僅使波紋的振幅明顯增加，波紋的傳播速度加快，而且還會(huì)增強(qiáng)

5、缺陷對(duì)于波紋傳播的影響效果。
　　(3)在由一維的線型碳或者石墨烯納米帶連接兩片石墨烯所組成的拼接結(jié)構(gòu)中，小片的石墨烯受到C60撞擊后，會(huì)產(chǎn)生“水波效應(yīng)”，并且波紋能夠通過(guò)中間連接的線型碳或者石墨烯納米帶傳播到大片石墨烯，但是波的強(qiáng)度明顯減小。大片石墨烯的位移以及能量分布結(jié)果表明，石墨烯納米帶可以比線型碳更快、更有效地將波紋從小片石墨烯傳遞到大片石墨烯。所以，從傳輸機(jī)械波的角度來(lái)看，無(wú)論是在傳遞速度還是傳遞效率方面，石墨烯納米帶都