石墨烯的力學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、本文采用分子動(dòng)力學(xué)模擬,對(duì)石墨烯帶(一維)、石墨烯片(二維)的熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。
　　石墨烯是由單層碳原子組成的納米材料,具有優(yōu)良的熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)。石墨烯被認(rèn)為是世界上最硬的材料,其硬度是鋼鐵的200倍。為了使石墨烯能夠應(yīng)用在熱導(dǎo)率可調(diào)節(jié)的熱管理系統(tǒng)中,我們利用非平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)的方法研究了石墨烯帶的熱導(dǎo)率在不同應(yīng)變情況下的變化。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn),石墨烯帶的熱導(dǎo)率對(duì)拉伸很敏感,在壓縮應(yīng)變下石墨烯的熱導(dǎo)率變化很小。我們通過在不同

2、應(yīng)變(拉伸、壓縮)情況下石墨烯的鍵長、鍵角以及其聲子譜的態(tài)密度的變化對(duì)石墨烯在應(yīng)變下熱導(dǎo)率變化趨勢作出了解釋。
　　無缺陷的碳納米管和石墨烯雖然具有良好的力學(xué)性質(zhì),但是由于其單層原子結(jié)構(gòu)特征,力學(xué)性能表現(xiàn)對(duì)缺陷、位錯(cuò)、預(yù)應(yīng)變等很敏感。我們研究了由石墨烯帶編織成的石墨烯片的力學(xué)性質(zhì)。為了研究石墨烯帶之間成鍵對(duì)其力學(xué)性質(zhì)的影響,我們考慮了石墨烯帶邊緣用氫鈍化和沒有鈍化兩種情況。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn),邊緣用氫鈍化的情況下編織的石墨烯片的力學(xué)性質(zhì)

3、甚至超過了沒有編織的石墨烯帶的力學(xué)性質(zhì),相反邊界沒有被氫鈍化的情況下編織的石墨烯片的力學(xué)性質(zhì)就比較差。我們通過計(jì)算每個(gè)碳原子上的應(yīng)力來得到整個(gè)編織的石墨烯片的應(yīng)力分布并解釋了這個(gè)結(jié)果。
　　本文還運(yùn)用非平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了在富勒烯嵌入(10,10)碳納米管的模型里,富勒烯在不同熱流情況下的動(dòng)力學(xué)行為。利用熱泳力的原理,在碳納米管上構(gòu)造了由溫度梯度形成的一維勢壘。理論上,可以通過操縱冷、熱源的位置來控制碳納米管內(nèi)富勒烯的位置。