發(fā)布時(shí)間：2017-10-25 11:21

  本文關(guān)鍵詞：基于分子動(dòng)力學(xué)的多晶石墨烯力學(xué)性能研究

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【摘要】：石墨烯具有超高的強(qiáng)度、剛度以及優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì),是目前公認(rèn)的具有戰(zhàn)略意義的新材料,擁有極其廣闊的應(yīng)用前景。然而,現(xiàn)有技術(shù)條件下,工業(yè)化制備出的石墨烯都不可避免的會(huì)含有晶界和缺陷,這大大限制了石墨烯的工業(yè)化制備與量產(chǎn)應(yīng)用,而這類含有晶界和缺陷的石墨烯我們稱為多晶石墨烯。晶界和缺陷的存在雖然會(huì)降低石墨烯的力學(xué)性能,但是卻能夠提高石墨烯某些其他的性質(zhì)。同時(shí)相較于完美石墨烯嚴(yán)苛的制備工藝和過(guò)低的性價(jià)比,含有晶界和缺陷的多晶石墨烯具有更大的應(yīng)用潛質(zhì)與可行性。如果能夠通過(guò)研究多晶石墨烯中缺陷和晶界對(duì)石墨烯性能的影響并將其利用,就能以目前的技術(shù)開展石墨烯工業(yè)化制備與量產(chǎn)應(yīng)用,這將會(huì)對(duì)石墨烯工業(yè)化應(yīng)用產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。因此對(duì)多晶石墨烯的力學(xué)性能研究具有重要意義。本文選取單層的完美和多晶石墨烯為研究對(duì)象,基于分子動(dòng)力學(xué)理論,通過(guò)數(shù)值模擬研究了多晶石墨烯的拉伸斷裂過(guò)程和力學(xué)性能。利用分子動(dòng)力學(xué)方法,建立完美石墨烯拉伸模型,實(shí)現(xiàn)了完美石墨烯準(zhǔn)靜態(tài)加載拉伸過(guò)程。基于完美石墨烯拉伸模型的基礎(chǔ)上,用含晶界和缺陷的多晶石墨烯模型重復(fù)完美石墨烯模型拉伸過(guò)程。探討了晶界和缺陷對(duì)石墨烯破壞強(qiáng)度的影響,計(jì)算了石墨烯材料的表面自由能與斷裂韌性,模擬了多種情況下含有圓孔缺陷和裂紋缺陷的多晶石墨烯拉伸斷裂。并有如下結(jié)論:石墨烯中晶粒和晶界數(shù)量越多,石墨烯力學(xué)性能越弱。隨著多晶石墨烯中含有的缺陷尺寸越大,石墨烯力學(xué)性能就越差,同樣大小的圓孔缺陷和裂紋缺陷,裂紋缺陷對(duì)石墨烯力學(xué)性能的影響更大。而且缺陷在多晶石墨烯中位置的不同,對(duì)石墨烯力學(xué)性能的影響也會(huì)不同,缺陷范圍內(nèi)的晶界越多,石墨烯的力學(xué)性能就越差。
【關(guān)鍵詞】：多晶石墨烯 力學(xué)性能 圓孔缺陷 裂紋缺陷 分子動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O613.71
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 研究背景和意義8-9
• 1.2 石墨烯及其應(yīng)用前景9-10
• 1.3 完美石墨烯力學(xué)性能研究現(xiàn)狀10-11
• 1.4 多晶石墨烯研究現(xiàn)狀11-12
• 1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容12-14
• 2 分子動(dòng)力學(xué)模擬方法簡(jiǎn)介14-22
• 2.1 概述14
• 2.2 分子動(dòng)力學(xué)發(fā)展歷程14-15
• 2.3 基本原理15-16
• 2.4 基本步驟16-17
• 2.5 分子動(dòng)力學(xué)模擬中基本概念17-19
• 2.5.1 初始條件17
• 2.5.2 邊界條件17-18
• 2.5.3 勢(shì)函數(shù)18-19
• 2.5.4 系綜19
• 2.6 AIREBO勢(shì)函數(shù)19-20
• 2.7 小結(jié)20-22
• 3 多晶石墨烯拉伸力學(xué)性能22-36
• 3.1 引言22
• 3.2 完美石墨烯拉伸模擬22-24
• 3.2.1 勢(shì)函數(shù)和截?cái)喟霃降倪x擇23-24
• 3.3 結(jié)果分析24-27
• 3.3.1 弛豫分析24-26
• 3.3.2 拉伸結(jié)果26-27
• 3.4 多晶石墨烯拉伸模擬27-28
• 3.5 結(jié)果分析28-30
• 3.5.1 弛豫分析28-30
• 3.5.2 拉伸結(jié)果30
• 3.6 完美和多晶石墨烯拉伸結(jié)果比較30-34
• 3.7 本章小結(jié)34-36
• 4 圓孔和裂紋缺陷對(duì)多晶石墨烯力學(xué)性能的影響36-60
• 4.1 引言36
• 4.2 圓孔缺陷對(duì)多晶石墨烯力學(xué)性能的影響36-45
• 4.2.1 拉伸模擬36-37
• 4.2.2 結(jié)果分析37-43
• 4.2.3 圓孔缺陷位置對(duì)石墨烯力學(xué)性能的影響43-44
• 4.2.4 圓孔缺陷大小對(duì)石墨烯力學(xué)性能的影響44-45
• 4.3 裂紋缺陷對(duì)多晶石墨烯力學(xué)性能的影響45-58
• 4.3.1 拉伸模擬45-46
• 4.3.2 結(jié)果分析46-49
• 4.3.3 石墨烯表面自由能和能量釋放率49-50
• 4.3.4 石墨烯臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子50-51
• 4.3.5 裂紋大小對(duì)多晶石墨烯力學(xué)性能的影響51-52
• 4.3.6 裂紋位置對(duì)多晶石墨烯力學(xué)性能的影響52-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 5 結(jié)論與展望60-62
• 5.1 結(jié)論60-61
• 5.2 展望61-62
• 致謝62-64
• 參考文獻(xiàn)64-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間的科研成果70

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本文編號(hào)：1093491