基于分子動力學(xué)的碳納米管-石墨烯拉壓變形研究.pdf

1、碳納米管是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維量子材料，而石墨烯是只有一個碳原子厚度的二維材料，它們都屬于納米碳材料，且具有許多異常的機械、力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能。而利用分子動力學(xué)方法，能夠利用現(xiàn)代的計算機技術(shù)，通過求解的相互作用的粒子系統(tǒng)的牛頓運動方程，來模擬分子體系的運動軌跡。
　　本文首先使用分子動力學(xué)方法，采用了AIREBO勢函數(shù)對不同溫度下的碳納米管的管徑效應(yīng)進行了研究，發(fā)現(xiàn)了管徑對于碳納米管的物理特性的影響非常大。對碳納米管空位缺陷對

2、于碳納米管性能的影響進行了探索分析，結(jié)果表明缺陷會大大降低它的力學(xué)特性。研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，當單壁碳納米管表面鍍上鎳原子，其極限應(yīng)力和極限應(yīng)變都大大提高，但楊氏模量卻有所下降，這說明鎳原子會使碳納米管的柔性增強。同時碳納米管/鎳的泊松比也比碳納米管小，這是因為鎳原子與碳原子的范德華力一定程度上阻止了碳納米管截面積的變小。本文對不同溫度下的扶手型石墨烯的力學(xué)特性也進行了研究，發(fā)現(xiàn)了溫度的變化對于扶手型石墨烯的極限應(yīng)力的影響最大，對于其極限應(yīng)變

3、和楊氏模量的作用相對較小。石墨烯/鎳，其極限應(yīng)力和楊氏模量較石墨烯都大大提高，但極限應(yīng)變卻沒有因為鍍鎳而產(chǎn)生特別明顯的變化，同時溫度是影響石墨烯/鎳的力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。研究空位缺陷對于石墨烯的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當扶手型石墨烯的正中間的位置存在一個空位缺陷時，其所能承受的最大拉力會減小，極限應(yīng)變在一定程度也有所減小。就極限應(yīng)變而言，溫度對于扶手型石墨烯的影響要大于缺陷的影響。而且表面鍍鎳對于石墨烯所能承受的最大拉力的影響比較大。