功能化修飾對石墨烯納米帶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及其彈性性能影響的研究.pdf

1、自從2004年英國曼徹斯特大學(xué)的研究人員在模擬中首次制備單層石墨以來，人們對于石墨烯的研究熱度從未減小。近年來，納米復(fù)合材料的研究大多以碳基納米材料為基礎(chǔ)進(jìn)行研究，從零維的富勒烯，一維的碳納米管到二維的石墨烯相繼被研究人員發(fā)現(xiàn)并對其復(fù)合材料進(jìn)行了大量研究。特別是因基體材料增強(qiáng)的需要，對石墨烯納米帶及其功能化修飾的模擬研究已然成為當(dāng)下研究熱潮。
　　石墨烯因其獨(dú)特的電學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)等性能，作為強(qiáng)化相在制備輕質(zhì)、高強(qiáng)度、強(qiáng)韌性的優(yōu)異復(fù)

2、合材料方面越來越受到關(guān)注。然而，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)未經(jīng)處理的石墨烯表面惰性大，與基體材料的界面結(jié)合較弱，特別是在基質(zhì)材料中的石墨烯易于團(tuán)聚，難以均勻分散，不利于有效增強(qiáng)基體材料。為獲取力學(xué)性能優(yōu)異的石墨烯復(fù)合材料，發(fā)展一種有效的化學(xué)處理方法，即對石墨烯納米帶通過適當(dāng)功能化處理（主要包括接枝官能團(tuán)種類的選取、數(shù)量及位置的控制等），實(shí)現(xiàn)最佳的接枝方法顯得特別重要。
　　本文利用分子動力學(xué)理論研究了不同官能團(tuán)接枝扶手椅型石墨烯納米帶和鋸齒型石墨烯

3、納米帶的彈性性能及其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。模擬結(jié)果表明，當(dāng)石墨烯納米帶周邊懸掛鍵以氫基飽和(接枝氫基(-H)官能團(tuán)），鋸齒型石墨烯納米帶的楊氏模量為982GPa，扶手椅型石墨烯納米帶的楊氏模量為1046GPa。當(dāng)石墨烯納米帶接枝羥基(-OH)，胺基(-NH2)，羧基(-COOH)，巰基(-SH)官能團(tuán)時，計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，接枝羥基(-OH)官能團(tuán)的石墨烯納米帶顯示的楊氏模量最高，其次是接枝羧基(-COOH)官能團(tuán)時的楊氏模量，在構(gòu)建的模型中，接枝胺基

4、(-NH2)官能團(tuán)，巰基（-SH）官能團(tuán)和接枝氫基(-H)官能團(tuán)后的石墨烯的楊氏模量幾乎相似，顯示較低模量值。不同官能團(tuán)接枝后的扶手椅型石墨烯納米帶和鋸齒型石墨烯納米帶的楊氏模量的變化具有完全相似的趨勢，但是扶手椅型石墨烯納米帶的楊氏模量總是大于鋸齒型石墨烯納米帶的楊氏模量。本文基于徑向分布函數(shù)，變形電子密度，化學(xué)鍵合理論對這些現(xiàn)象進(jìn)行較為詳細(xì)的分析。結(jié)果表明，較少的含氧官能團(tuán)，如由接枝原子與懸空鍵產(chǎn)生C-O鍵或者C-C-O鍵，可有效的