石墨烯-襯底體系的力學(xué)性能和變溫拉曼光譜特性研究.pdf

1、石墨烯具有獨(dú)特的性能和廣泛的應(yīng)用前景，這使得其成為材料和凝聚態(tài)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，并引起工業(yè)界極大的關(guān)注。但是，在石墨烯的制備、轉(zhuǎn)移及應(yīng)用的過(guò)程中存在很多與石墨烯力學(xué)特性相關(guān)的重要科學(xué)與工程問(wèn)題亟待解決，所以對(duì)石墨烯力學(xué)特性的深入研究能夠有效地促進(jìn)石墨烯基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)步與發(fā)展。為此，本文主要采用納米壓痕、納米劃痕和拉曼變溫實(shí)驗(yàn)，以及相應(yīng)的分子動(dòng)力學(xué)模擬手段，研究了石墨烯及石墨烯/襯底體系的力學(xué)性能，其主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　

2、　在介紹分子動(dòng)力學(xué)模擬方法的基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)地研究了溫度、缺陷、應(yīng)變率等因素對(duì)石墨烯拉伸力學(xué)性能(極限強(qiáng)度、極限應(yīng)變和彈性模量)的影響。隨著溫度的升高，石墨烯的力學(xué)性能指標(biāo)都會(huì)減小；缺陷的存在使得石墨烯的極限強(qiáng)度和極限應(yīng)變顯著減??；高應(yīng)變率會(huì)使石墨烯的力學(xué)性能指標(biāo)增大；氫化石墨烯的力學(xué)性能明顯低于石墨烯的力學(xué)性能。
　　系統(tǒng)地研究了懸浮石墨烯的納米壓痕力學(xué)特性，重點(diǎn)考慮了溫度、加載速率、缺陷、石墨烯半徑和壓頭半徑等因素對(duì)其力學(xué)性能的

3、影響規(guī)律和機(jī)理，并研究了石墨烯AFM實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的Sink-in現(xiàn)象及其之后的納米壓痕力學(xué)特征，表明石墨烯和襯底界面間有很強(qiáng)的范德華力作用，其足以避免石墨烯在壓痕過(guò)程中發(fā)生滑移，保證了懸浮石墨烯的固支邊界條件；在懸浮石墨烯的基礎(chǔ)之上，研究了石墨烯/銅箔襯底體系的納米壓痕特性，表明石墨烯能夠極大地?cái)U(kuò)展銅箔襯底的彈性接觸范圍，有效地增加其法向承載力，對(duì)銅箔的力學(xué)特性具有顯著的增強(qiáng)作用；通過(guò)對(duì)石墨烯/銅箔襯底系統(tǒng)的納米壓痕實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)了壓痕曲

4、線的荷載驟降現(xiàn)象以及連續(xù)嚴(yán)重波動(dòng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)證明了石墨烯的存在對(duì)銅箔表面的納米壓痕力學(xué)行為有顯著的影響。
　　研究了懸浮石墨烯的基本納米摩擦力學(xué)性能特征，并在此基礎(chǔ)之上著重研究了單層、雙層、三層石墨烯/銅箔襯底體系的納米摩擦力學(xué)特性，表明石墨烯的存在增強(qiáng)了銅箔的表面接觸剛度，擴(kuò)大了低摩擦力的范圍，且摩擦力主要與壓入深度有很大的依賴關(guān)系而與石墨烯的層數(shù)關(guān)系很小；石墨烯/銅箔體系的納米摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明石墨烯能夠有效地降低金屬銅箔表面的摩