尺度依賴的石墨烯納米條帶斷裂強(qiáng)度和Ⅰ-Ⅴ特性的應(yīng)力調(diào)控研究.pdf

1、石墨烯具有優(yōu)良的力、熱、光、電性能，能被應(yīng)用在電子和光電子學(xué)等諸多領(lǐng)域，近年來引起了人們的廣泛關(guān)注。通過裁剪石墨烯可以得到不同邊界構(gòu)型的石墨烯納米條帶，如鋸齒型和扶手椅型。石墨烯納米條帶具有優(yōu)異的電輸運性能，在納米電子學(xué)器件中具有良好的應(yīng)用前景。目前對于石墨烯納米條帶的研究主要是實驗測量和模擬，對于在應(yīng)力作用下，如“應(yīng)變工程”的調(diào)制方面，其理論模型還比較缺乏。而且，對于在不同寬度和在任意方向的應(yīng)力作用下的石墨烯納米條帶，其電輸運性能變化

2、的物理機(jī)制還不清楚。因此，在本論文的工作中，我們首先基于第一性原理分子動力學(xué)方法模擬了兩類不同構(gòu)型的石墨烯納米條帶寬度依賴的斷裂強(qiáng)度。然后利用原子鍵弛豫理論方法，建立了尺度依賴的石墨烯納米條帶的斷裂模型，從原子層次詳細(xì)分析了原子鍵參數(shù)變化對石墨烯斷裂性能的影響。第三，對不同構(gòu)型的石墨烯納米條帶的I-V性能變化進(jìn)行了計算并詳細(xì)討論了其變化的物理機(jī)制。取得的主要進(jìn)展如下:
　　(1)采用了基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理計算方法

3、，模擬了兩種不同構(gòu)型的石墨烯納米條帶的斷裂性能，發(fā)現(xiàn)條帶寬度極大影響斷裂強(qiáng)度，且鋸齒型石墨烯納米條帶的斷裂應(yīng)變大于扶手椅型石墨烯納米條帶;同時，建立了基于鍵弛豫思想的理論模型，深入分析了斷裂強(qiáng)度的尺度效應(yīng)。
　　(2)采用基于DFT的第一性原理計算了兩種不同構(gòu)型的石墨烯納米條帶的電輸運性能，詳細(xì)分析了I-V曲線在單軸張應(yīng)力作用的變化情況。計算結(jié)果表明:當(dāng)鋸齒型石墨烯納米條帶的寬度為奇數(shù)時，電流與偏壓成正比的線性關(guān)系;當(dāng)寬度為偶數(shù)時

4、，在偏壓小于閥值偏壓（大約為1.6V）時，電流很小，隨著偏壓絕對值的增加，直到偏壓大于閥值偏壓時，電流才開始增加。而對于扶手椅型石墨烯，寬度N=3P+2的納米條帶表現(xiàn)出半金屬性質(zhì)，而寬度為N=3P、3P+1的納米條帶表現(xiàn)出半導(dǎo)體性質(zhì)。
　　(3)在上述基礎(chǔ)上，計算了不同方向應(yīng)力作用的石墨烯條帶的I-V性能。我們發(fā)現(xiàn):對于兩種構(gòu)型的石墨烯納米條帶都有同樣的規(guī)律:當(dāng)應(yīng)力較小時，橫向拉伸會降低納米條帶的電輸運性能，而縱向拉伸會使納米條帶