由于石墨烯在熱學、力學、電學等方面都具有優(yōu)異性能,在眾多領域擁有非常廣闊的應用前景,是科研工作者的研究熱點。但是阻礙石墨烯廣泛應用的重要問題是:石墨烯的制備、分散和穩(wěn)定存在。自石墨烯發(fā)現(xiàn)以來,已經(jīng)產(chǎn)生很多石墨烯的制備方法,比如化學氣相沉積法、氧化還原法、外延生長法等等,但是這些制備方法都存在一定的不足,如重復性差,制備條件苛刻,生產(chǎn)規(guī)模小等。本文采用高熱流密度激勵的方法,首先研究石墨烯在水中的運動現(xiàn)象,為研究石墨烯剝離進行鋪墊;然后建立石墨烯和水混合體系,探究不同熱流密度和石墨烯片層間距下石墨烯在水中的剝離規(guī)律。由于高熱流密度激勵溫度極高,作用時間非常短,而且石墨烯導熱系數(shù)高,能夠產(chǎn)生爆炸沸騰,推動石墨烯片層運動,所以本文采用分子動力學模擬為研究方法,用高溫代替高熱流密度對石墨烯和水混合體系進行激勵,探究石墨烯在水的剝離過程與機理。本文主要開展了以下研究工作:第一部分是研究熱激勵下石墨烯在水中的運動規(guī)律。建立純水模型和石墨烯與水混合的模型,熱激勵溫度1000K下進行模擬。最后分析體系的密度、原子和溫度、壓力分布,得出以下結(jié)論:石墨烯能加快熱量傳遞,使水分子獲得較大動能,沸騰更加深入,熱... 

【文章來源】：青島科技大學山東省

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

模擬流程圖

高熱流密度激勵多層石墨烯剝離的分子動力學模擬8算法和速度形式的Verlet（Velocity-Verlet）算法[66]。目前使用最多的求解牛頓運動方程的積分算法就是Velocity-Verlet算法。Velocity-Verlet法能夠彌補Velert算的缺陷，可以同時獲得位置、速度和加速度等信息，而且所需記憶空間小，精度也很高[67]。速度形式的Verlet（Velocity-Verlet）算法形式如下：(+)=()+()+12!()2(2-6)(+)=()+12[()+(+)](2-7)2.2.3邊界條件分子動力學模擬只能模擬有限空間內(nèi)的有限個原子，只能通過模擬計算有限原子的相關(guān)參數(shù)來反映物質(zhì)的宏觀性質(zhì)，那么就需要對模型進行邊界處理，選擇正確的邊界條件，是保證模擬結(jié)果準確的必要條件。系統(tǒng)邊界條件需要根據(jù)模型模擬過程選擇，主要有非周期性的和周期性兩種。非周期性邊界條件種主要是自由邊界條件和固定邊界條件兩種，自由邊界條件常用于大型自由分子（原子）模擬；固定邊界條件常用于單項加載模型中[68]。周期性邊界條件的使用較為普遍，周期性邊界條件模型中的粒子的在模擬中，如果有幾個粒子從模型中離開，那么一定會從相反的界面進入幾個粒子到模型中，計算原子受力情況時采用最近鏡像方法，這樣模型中的原子數(shù)目、密度始終保持不變中，而且沒有邊界效應[69]。圖2-2是周期性邊界條件示意圖。圖2-2周期性邊界簡示圖Fig.2-2Schematicdiagramofperiodicboundaries

青島科技大學研究生學位論文133.2模擬參數(shù)和流程圖3-1純水模型（a）和不同狀態(tài)石墨烯與水混合體系(b)，(c)模型Fig.3-1Purewatermodel(a)andmixedsystemsofgrapheneandwaterindifferentstates(b),(c)models本章盒子大小為100×100×10003，整個模型在x、y方向長寬分別78，水分子分布在z方向20~40，熱激勵范圍為4（30~34）。計算采用LAMMPS軟件。具體參數(shù)為σc-o=3.19，εc-o=0.095kcal/mol，σo-o=3.166，σo-o=0.155kcl/mol[83]，截斷半徑為10。時間步長取1fs。單位制選用real，所用到的單位表示如表3-1所示。表3-1real單位表示形式Table3-1Therepresentationofrealunits物理量單位表示質(zhì)量長度時間能量速度溫度壓力密度grams/moleAngstromsfemtosecondskcal/moleAngstroms/femtosecondKelvinatmospheresgram/(cm3)本部分模擬分兩部分分子動力學過程完成:(1)對圖3-1(a)(b)(c)盒子進行NVT控溫[84]，監(jiān)控不同溫度下三種體系的狀態(tài)，對不同時刻盒子在z軸方向的密度分布進行統(tǒng)計。(2)對圖3-1(a)(b)(c)所示水盒子設置一層厚度為4的高能表面水層(1000K，30~34)，設置時間為100fs，監(jiān)控不同時刻體系的狀態(tài)，同樣對其密度分布進行統(tǒng)計�？販剡^程是系統(tǒng)在正則系綜（NVT）下進行1000fs的Nose-Hoover控溫；然后撤掉控溫，在微正則系綜（NVE）[85]下進行10ps計算。100fs時刻，高能

【參考文獻】：
期刊論文
[1]石墨烯的制備及其在建筑防水領域中的應用研究探索[J]. 馬偉偉.  中國建筑防水. 2019(06)
[2]石墨烯孔金屬化制程的重大突破[J]. 方景禮,陳偉元.  印制電路信息. 2019(04)
[3]熱激勵下碳納米管與水混合體系傳質(zhì)傳熱的分子動力學模擬[J]. 唐元政,劉增,何燕,蔣英男.  原子與分子物理學報. 2019(02)
[4]基于微流控駐停氣泡的連續(xù)型氣-液微反應器[J]. 李博文,劉吉曉,周一笛,郭士杰,李鐵軍.  液壓與氣動. 2018(09)
[5]石墨烯材料及其應用[J]. 曹宇臣,郭鳴明.  石油化工. 2016(10)
[6]石墨烯制備的方法、特性及基本原理[J]. 胡忠良,蔣海云,趙學輝,李娜,丁燕鴻.  材料導報. 2014(11)
[7]超急速爆發(fā)沸騰的傅立葉與小波分析[J]. 尹鐵男,淮秀蘭,閆潤生,梁世強.  工程熱物理學報. 2008(06)

博士論文
[1]多孔石墨烯燃燒法制備和正壓氫氣氛處理襯底對石墨烯生長影響[D]. 楊秋云.中國科學技術(shù)大學 2019
[2]化學修飾石墨烯膜的可控制備與應用[D]. 黃亮.清華大學 2016
[3]新型分子開關(guān)的理論研究：量子化學與分子動力學模擬相結(jié)合[D]. 王興勇.南京大學 2013

碩士論文
[1]基于分子動力學模擬的硬質(zhì)合金刀具切削GH4169刀—屑界面擴散機理研究[D]. 蘭鶴.長春工業(yè)大學 2019
[2]單晶及多晶鈦內(nèi)微裂紋擴展的分子動力學模擬[D]. 臧翔.長春理工大學 2019
[3]基于分子動力學模擬的MoS2納米片和生物分子之間相互作用機制的研究[D]. 武榮榮.江蘇大學 2019
[4]晶體缺陷對TiAl涂層阻尼性能影響的研究[D]. 張馨予.沈陽航空航天大學 2019
[5]基于分子動力學的多晶石墨烯力學性能研究[D]. 賀煜.西安建筑科技大學 2016
[6]石墨烯基底上超薄液膜的爆炸性沸騰研究[D]. 張海燕.西安電子科技大學 2015
[7]石墨烯納機電諧振器初始張力的分子動力學研究[D]. 孟曉潔.西安電子科技大學 2015
[8]石墨烯熱學特性的分子動力學模擬[D]. 唐愷.華中科技大學 2015
[9]基于分子動力學對含裂紋石墨烯的力學性能研究[D]. 劉秦龍.西安建筑科技大學 2015
[10]碳納米管/三元乙丙橡膠復合材料導熱系數(shù)分子動力學模擬[D]. 楊剛.青島科技大學 2013



本文編號：3054243