邊界寬度對石墨烯翹曲程度的影響.pdf

1、作為目前最有應用前景的新型材料之一，石墨烯在光學、電學、熱學以及力學等方面均表現出特有優(yōu)異性能，在納電子器件、高靈敏傳感器、透明導電薄膜、功能復合材料、儲能、催化等領域有著廣泛的應用前景。研究表明，在沒有熱影響的情況下（絕對溫度為零），由于邊界應力的存在，獨立的石墨烯薄膜的邊界仍表現出不穩(wěn)定性，會影響邊界的原子結構和邊界形貌，進而影響石墨烯各方面性能。已有的二維納米材料邊界的分析方法，是通過建立彈性薄板模型，將邊界簡化處理成只具有面積而

2、沒有幾何尺寸的理想梁模型，然后進行理論分析來確定石墨烯薄膜邊界翹曲時的尺度關系（即翹曲波形的波長、腹向衰減表征尺度以及面外翹曲幅值）。然而，這并不能全面表征真實的石墨烯薄膜邊界原子結構情況。真實的石墨烯薄膜邊界附近原子結構與內部不同，即石墨烯薄膜的實際邊界存在一定的幾何寬度。因而，邊界寬度對翹曲形貌的影響，應該在研究中得到重視。主要工作如下:
　　(1)本文從理論分析著手，首先通過建立有限尺度的二維石墨烯薄板模型，將邊界簡化為只有

3、面積而沒有具體幾何尺寸理想梁模型。引入翹曲形貌函數，然后分析和討論了有限尺寸理想邊界模型下石墨烯薄膜穩(wěn)定時，翹曲波形的波長、腹向衰減表征尺度以及面外翹曲幅值的大小以及它們之間的關系。
　　(2)同樣基于線彈性薄板理論，建立有限尺寸的二維石墨烯真實邊界模型。在這里將石墨烯邊界賦予具體的幾何寬度。利用最小勢能原理，分別對手扶椅(armchair)形邊界和鋸齒形(zigzag)邊界進行計算分析，得到邊界寬度與翹曲波形的波長、腹向衰減表征

4、尺度以及面外翹曲幅值的之間的關系。
　　(3)考慮到邊界寬度增大時，石墨烯邊界趨近于與內部一樣的材料，因而將石墨烯邊界彈性模量處理成與內部彈性模量相關的函數進行分析計算。這樣豐富了石墨烯邊界彈性模量的定義范疇，并且通過研究三維石墨烯薄膜厚度方向高階應變分量的影響，多方面地闡述了真實邊界寬度對石墨烯邊界翹曲的影響
　　研究表明，當石墨烯結構穩(wěn)定時，鋸齒形(zigzag)邊界的翹曲波長明顯大于手扶椅(armchair)形邊界，且