本文關鍵詞：離子輻照對石墨烯熱導率的影響

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【摘要】：石墨烯作為典型的二維納米材料,具有優(yōu)異的力、熱、光、電、磁等特性,自2004年成功制備以來,一直是凝聚態(tài)物理和材料領域最受關注的材料之一。石墨烯的性質可以通過施加外場、應力、量子剪裁和納米復合等多種手段進行調制,基于各種調制手段對其性能的提升是其研究的重要方向。其中,通過缺陷即所謂的缺陷工程來調制石墨烯的電熱等性質是凝聚態(tài)領域研究的熱點。本文采用非平衡態(tài)分子動力學方法,重點研究了缺陷對石墨烯熱學性質的調制作用。首先采用離子輻射的方式,形成缺陷結構,研究了缺陷形成的力學規(guī)律,在此基礎上研究了缺陷對石墨烯熱導率的影響,并進一步建立輻照離子能量、劑量、入射角度與熱導率之間的調制規(guī)律。主要開展了如下工作:(1)輻照能量與石墨烯缺陷的形成關系。首先采用單個離子輻照石墨烯,隨著入射離子能量的改變,模擬產生四個隨機事件:吸附、反彈、缺陷和穿透,通過對大量入射事件的統(tǒng)計研究,得到四個事件的發(fā)生概率與入射離子能量之間的關系。(2)輻照離子劑量對石墨烯熱導率的影響。結果顯示,在任一確定的入射離子能量下,石墨烯條帶的熱導率隨著入射離子劑量的增大而減小。并且隨著入射離子能量的增加,不同離子劑量對石墨烯熱導率的影響非常類似,熱導率的升高或者降低與吸附原子及缺陷的數目密切相關(其中反彈和穿透事件對石墨烯條帶熱導率不產生影響),計算結果還表明無論是吸附原子還是空位缺陷,熱導率都隨著缺陷或吸附原子的濃度增加先迅速降低,而后緩慢降低,且在相同的濃度下,空位對石墨烯熱導率的抑制作用要明顯強于吸附原子。(3)輻照離子入射角度對石墨烯熱導率的影響。研究了不同入射角度與熱導率的關系,隨離子入射角度的增大,石墨烯中缺陷的數目增加,熱導率緩慢降低,且這種降低呈現出非線性特性。當角度大于60°時,缺陷的數目逐漸減少,熱導率呈快速上升趨勢。通過缺陷形成概率與入射離子能量和入射角度之間的關系,揭示了石墨烯的熱導率與入射離子能量和入射角度之間的內在機制。
【關鍵詞】：分子動力學 石墨烯 輻照損傷 熱導率
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O613.71
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-18
• 1.1 石墨烯的出現9
• 1.2 石墨烯的基本結構及制備9-11
• 1.2.1 石墨烯的基本結構9-10
• 1.2.2 石墨烯的主要制備方法10-11
• 1.3 石墨烯的主要性質11-15
• 1.3.1 石墨烯的電學性質11-13
• 1.3.2 石墨烯的力學性質13-14
• 1.3.3 石墨烯的熱學性質14
• 1.3.4 石墨烯的其他性質14-15
• 1.4 石墨烯熱輸運性質的研究現狀及進展15-17
• 1.4.1 缺陷對石墨烯熱輸運的影響15-17
• 1.4.2 離子輻照17
• 1.5 本文研究的目的及內容17-18
• 第2章 分子動力學方法18-25
• 2.1 分子動力學方法簡介18-19
• 2.2 分子動力學方法分類19-25
• 2.2.1 平衡態(tài)分子動力學方法19-21
• 2.2.2 非平衡態(tài)分子動力學模擬21-25
• 第3章 離子輻照對石墨烯熱導率的分子動力學模擬25-36
• 3.1 模擬方案設計25-28
• 3.1.1 模擬計算初始設置25-26
• 3.1.2 勢函數的選擇26-28
• 3.2 模擬結果與討論28-36
• 3.2.1 輻照能量與石墨烯缺陷的形成關系28-30
• 3.2.2 石墨烯熱導率隨輻照離子劑量的關系30-32
• 3.2.3 石墨烯熱導率隨輻照離子入射角度的關系32-36
• 第4章 總結與展望36-38
• 4.1 總結36-37
• 4.2 展望37-38
• 參考文獻38-43
• 致謝43-44
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文及研究成果44

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本文編號：993296